變頻調速裝置在副井提升機的改造應用

　　通過對付立井提升機控制傳統的繞線電機轉子串電阻調速方式的改造，闡述了對以前的控制系統改造的必要性和可行性，有效地解決了使用交流繞線式電機轉子串電阻調速控制系統時，提升機減速和爬行階段的速度控制、性能差、嚴重耗能等問題，為用戶提高生產效率的同時，實現了雙重節能效果，并有效利用能源。節能效果十分顯著。

　　1.概述

　　四老溝礦南陽路路付立井提升機控制系統是傳統的繞線電機轉子串電阻調速方式，在加速過程中，轉子回路電阻依次減小，以保證加速力矩的平均值不變。在減速和爬行階段要求電動機低速運行，則需在轉子回路串較大電阻。這種拖動方案存在的問題是：

　　1.1開環有級調速，加速度難以準確控制，調速精度差；

　　1.2觸點控制，大量使用大容量開關，啟動電流和換檔電流沖擊大，接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點，影響接觸器的使用壽命，設備維修成本較高。其系統可靠性差、控制精度低，而且硬件接線繁雜、故障率高。低速轉矩小，轉差率大，系統維護工作量大，可靠性差；

　　1.3運行效率低；轉子回路串接電阻在低速時大部分功率都消耗在電阻上，消耗電能，造成能源浪費；

　　1.4電機的機械特性偏軟，一般電阻上消耗的功率約為電動機輸出功率的20%—30%；

　　1.5接觸器經常吸合與斷開，噪音比較大；

　　1.6提升機在低速爬行階段和減速階段速度控制性能差，減速過程轉矩脈動大、罐籠平穩性較差、鋼絲繩擺幅較大，減速過程完全由絞車司機手動控制，控制不當易造成過放和過卷事故。

　　2.變頻調速裝置的改造

　　2.1改造過程

　　沖變頻調速電控系統共由一臺可控硅轉子調速柜、一臺電阻柜和一臺低頻電源柜組成。

　　可控硅轉子調速柜采用淮南六信電控設備有限公司設計生產的用于交流提升機電控系統改造的新產品，該調速柜具有結構緊湊、維護方便、可靠性高等特點，減少了設備的占地面積。所有硬件采用模塊化設計，大大提高了維護的效率。無機械噪聲和磨損，避免了機械傳動部分的維修，同時固定觸發，周期性好。

　　本裝置為8級起動電阻切換方式運行，當提升機等速運行至減速點時，由司機根據運行速度按需要切換轉子電阻，直至爬行運行，或根據系統設置，在運行到減速點時，由限速開關給出減速信號，PLC檢測到減速信號后發送給控制器，由控制器啟動自動減速程序，使工作頻率按設定要求逐步變為低速運行。當測速發電機給出超速信號，PLC檢測該信號發送給控制器，進入自動減速運行，當井口或深度指示器傳感器監測到罐籠到停車位后，信號反饋至PLC，實現自動停車。減速階段再生能量通過功率單元來處理。電機處于發電狀態，功率單元母線電壓升高，當母線電壓超過電網電壓的1.1倍時，CPU根據比較器和相位檢測的結果，通過移相變壓器回饋到電網，裝置充分利用了移相變壓器對諧波的抵消作用，具有對電網無諧波污染、功率因數高、控制簡單、損耗小，返回到電網諧波小于5%。變頻調速系統的調速特性。

　　繞線式電動機轉子回路串接電阻調速時，通過電阻的分級切換和正反轉接觸器切換，實現有級調速和正反轉控制。其中，工作點1和工作點2為電動狀態，工作點3為能耗制動狀態，工作點4為再生發電機狀態。

　　變頻調速特性為一組平行的曲線，由于變頻器的頻率連續可調，因而能夠實現平滑無級調速。圖2中1區為電動區，2區為再生發電區。

　　2.2副井絞車電控采用變頻方案的優越性

　　2.1.1系統采用西門子S7-300系列可編程控制器，其結構緊湊，功能強大，模塊化設計，可靠性高。內置的綜合診斷能力，高速計算能力，完整的指令集等。

　　2.2.2采用變頻調速實現了軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠。起動及加速時沖擊電流很小，減輕了對電擊。

　　2.2.3回饋能量直接回電網，且不受回饋能量大小的限制，回饋的能量通過EMC濾波器，有效控制了回饋時的諧波含量。

　　2.2.4簡化了操作、降低了工人的勞動強度，故障率大大降低。

　　2.2.5運行速度曲線成S形，低速力矩可達200%，使加減速平滑、無撞擊感。

　　2.2.6安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還具有以下的保護功能：

　　（1）深度指示器斷軸保護；

　　（2）減速點后備保護；

　　（3）接近井口定點檢測限速保護；

　　（4）防倒轉保護；

　　（5）給定方向記憶保護；

　　（6）二級制動解除保護；

　　（7）減速段超速保護；

　　（8）測速發電機欠壓保護；

　　（9）安全回路由PLC內部和外部AC回路串聯實現。

　　采用現代智能控制技術實現速度閉環調節，負力減速階段在各種負載條件下可嚴格按照給定的速度圖運行，使交流拖動系統在減速段已達到直流拖動系統的調速性能。系統具有完善的自診斷能力，通過液晶顯示器可以指示70余種故障信息、系統運行參數等，提高了系統的可靠性和可維護性。采用全數字變頻控制技術，減速段速度調節采用低頻發電制動方式，將系統的動能反饋給電網，與動力制動減速相比，不僅調速性能好，減速與爬行自然過渡，而且節能效果顯著。

　　3.經濟社會效益

　　有效地解決了使用交流繞線式電機轉子串電阻調速控制系統時，提升機減速和爬行階段的速度控制、性能差、嚴重耗能等問題，為用戶提高生產效率的同時，實現了雙重節能效果，并有效利用能源。節能效果十分顯著：

　　節電計算：

　　減速、爬行段節電：800KW×0.6×15/3600=2度

　　加速段節電：800KW×0.4×19/3600=1.6度

　　變頻器在加、減速段節電為：2+1.6= 3.6度

　　改造前記錄數據每罐用電13.2度

　　節電率為：3.6÷13.2=27%

　　年節電能為：3.6度×80罐×330天=95040度

　　4.結束語

　　副立井提升機改用變頻調速方式后，不僅使系統的性能大大提高和機械部份壽命延長，更重要的是具有柔性化控制，改造后的電控系統結構簡單、應用靈活、編程方便，維護工作量比原系統減少了40%，耗電量減少了20～30%，運行穩定可靠，大大提高了提升機的安全運行，縮短了提升時間，提高了生產效率。