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VD300A系列变频器在矿井绞车上的应用中方案V1.0
日期: 2013-11-29
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 一、引言
    矿井提升机是煤矿、铁矿、有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行,直接关系到企业的生产状况和经济效益。煤矿井下采煤,采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似,只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机,由电机经减速器带动卷筒旋转,钢丝绳在卷筒上缠绕数周挂上一列煤车车厢,在电机的驱动下将装满煤的列车从斜井拖上来或放下去。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动,减速制动,而且电机的转速按一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意图如图1所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供,采用转子串电阻调速。提升机的基本参数是:电机功率55kW8极,730R/MIN,50HZ,卷筒直径Φ1200mm,减速器减速比24:1,最高运行速度2.5m/s,钢丝绳长度为120m

                                                                             

1 提升机卷筒机械传动系统结构示意图


    目前大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升,传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统,电阻的投切用交流接触器-晶闸管控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁,设备运行的时间较长,交流接触 器主触头易氧化,引发设备故障。另外,提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差,经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动,调速和制动,在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速,调速的平滑性差;低速时机械特性较软,静差率较大;电阻上消耗的转差功率大,节能较差;起动过程和调速换挡过程中电流冲击大;中高速运行震动大,安全性较差。

    因此原系统在安全可靠性、调速、节能、操作、维护等方面都不同程度的存在缺陷。自从有了变频绞车后,使斜井绞车的装备水平发生了质的变化(见下图图2 矿井提升机变频调速方案图)。

2 矿井提升机变频调速方案图

变频绞车电控系统可简单地划分为:变频调速系统(变频器+制动单元+制动电阻箱)PLC控制系统司机台;绞车机械系统组成如图3所示。


3:变频绞车电控系统简图

变频绞车电控系统系统特点:

1)   双线制:PLC控制系统主要由两套PLC系统组成。PLC1作为主控系统,PLC2作为监控系统。每套PLC系统都带有各自独立的位置检测元件(轴编码器)。正常工作时,两套PLC系统同时投入运行,实现了绞车的“双线制”控制与保护。为了确保两套PLC系统能同步工作,PLC1内对两套PLC系统的位置信号和速度信号进行实时比较,一但偏差过大,就会立即报警。两套PLC系统主要是以通讯的方式进行数据交换

2)   应急方式:如果有一套PLC出现故障或其位置检测元件出现故障,则可在“应急1”或“应急2”方式下,由单套PLC继续工作。绞车在应急方式下工作时,应有的保护并没有缺少,只是没有了“双线制”。但为了保证绞车运行的安全可靠性,将运行速度降为半速。如果两套位置检测元件出现故障,绞车只能以不超过0.5m/s的速度运行。

VD300A变频器特点:

1)   磁场定向电流开环矢量控制,电机变量完全解耦、具有零速150%力矩保持、低频力矩大、挂重物悬空不溜钩等特点。

2)   选用VD300A采用无PG闭环矢量控制模式。放大一档功率等级配置。

3)   频率范围:0.5-50Hz分段设置,无级连续调节。

4)   工作电压范围:380V±20%

5)   过载能力:200%额定电流,允许1分钟;250%额定电流,允许1.5秒。

6)   转矩特性:启动转矩,大于2倍额定转矩;低频转矩,1HZ时大于1.6倍额定转矩;制动转矩大于额定转矩。

二、电气接线图:

三、现场图片:  

 

1以上两图片为某煤矿卷扬机设备现场

2:上两图片为某矿(600米深斜拉式卷扬机)现场图片

四、运行效果分析:

湖南沃森电气有限公司生产的VD300A系列变频器对绞车系统进行变频改造,经过8个月的运行,证明改造的效果比较理想,主要表现在:

1)   实现了启动时的软启动、软停车,减轻了对电网的冲击。

2)   变频器的频率连续调节,使调速更加方便、可靠,最关键的是解决了重载时下放时溜车的问题,运行更安全,平稳。

3)   使用变频器后省去原先的换档接触器及调速电阻,即节省了维修费用,又减少了停机维修时间,从而提高了产量。同时改善了恶劣操作环境,使工人避免在夏季调速电阻发热告成的高温条件下工作。

4)   在低速时节能效果十分明显。矿井深300多米,测量时用4/50的电度表,在相同耗电量的情况下,用工频可拉17勾,而使用变频可拉26勾,即变频比工频多拉9勾。经估算节电率约为20%。由于使用了变频器,设备基本上是满载运行。即使我们采用保守算法,把132KW的电机功率折扣为120KW,每天只使用20小时,每年工作360天,一年节电仍高达30.24万度(120*0.35*20*360=302400)。若以每度电0.5元计算(当地电价0.6),则每年可节电费15万多元(302400*0.5=151200)

五、结束语:

    绕线式电机转子串电阻调速,电阻上消耗大量的转差功率,速度越低,消耗的转差功率越大。使用变频调速,是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态,节能十分显著,经测算节能20%以上,取得了很好的经济效益。另外,提升机变频调速使系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高,减少了运行故障和停工工时,节省了人力和物力,提高了运煤能力,间接的经济效益也很可观。

 

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