惠豐變頻器利用能量回饋在金礦卷揚中的應用

分類：技術教程日期：2007-01-16 00:00:00

本文介紹了單溝提升機變頻器的工作原理，闡述了該類變頻器制作上的難點，指出了回饋制動在變頻器制作上的重要意義。通過現場應用，展示了提升機變頻器廣闊的應用前景。
關鍵詞：能量回饋變頻器回饋制動
1 引言
在金礦企業的生產中，礦井提升機擔負著提礦、運料的繁重任務，在整個生產中占據著比較重要的位置。惠豐電子有限公司應煤礦的要求，在研制提升機變頻器方面作了相當大的努力。通過不斷地進行技術革新，成功地開發了礦山提升機專用變頻系統JX709。
礦山提升機專用變頻器，是根據金礦機電設備的改造要求，結合提升機的運行特點，在普通變頻器基礎上研制生產的一種新型專用產品。該類變頻器最顯著的特點是要求四象限運行，能夠正確合理地處理重物下放及急停情況下的能量回饋問題，這也是該類變頻器的重點及難點。公司的技術人員根據這一特點，采用回饋制動、能耗制動或超級電容吸收技術，成功地解決了這一難題，是國產變頻器中目前能將再生發電能量回送電網的廠家之一。該產品自投放市場以后，在無級平滑調速、運行平穩可靠及節能方面都取得了良好的經濟效益與社會效益，深受廣大用戶的青睞與好評。
能量回饋提升機變頻操控系統JX709是在原JX708卷揚提升機變頻系統的基礎上，開發的另一提升機系列產品之一。能量回饋卷揚系統的一個最顯著的特點就是回饋能量大，在下放過程中只要離開井口，礦車即拖著電動機靠重力下放，從而超過同步轉速而發電，因而整個下放過程都是處于發電狀態，其能量的回饋是相當大的，這也是做好提升機變頻器的難點所在，如何處理好這部分能量，以保證變頻器可靠的工作，是該類變頻器的關鍵。
惠豐利用自己在JX708卷揚系統積累的經驗，采用獨立的回饋單元，用同步信號PWM控制的方式，較好地實現了發電的能量回送電網的目的，使變頻器運行平穩，安全可靠，并已有數十臺在現場獲得了應用。從應用效果看，變頻器運行穩定，節能顯著。
2 JX709卷揚操控系統應用變頻調速技術的優點
JX709卷揚操控系統應用變頻調速技術，與變頻改造前的控制系統比較優越性體現在以下幾個方面:
(1) 實現了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使系統運行更加平穩可靠。
(2) 調速連續方便，可分段予置，連續調節。
(3) 起動及加速換擋時沖擊電流很小，減輕了對電網的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。
(4) 運行速度曲線可調，使加減速平滑、無撞擊感。
(5) 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，還設有連鎖保護、自動限速保護功能等。
(6) 甩掉了原系統加速用的轉子串電阻、交流接觸器及時間繼電器等，提高了系統的可靠性，操作人員的工作環境也大為改善。
(7) 設有直流制動、能耗制動、及回饋制動等多種制動方式，使安全性更加可靠。
(8) 該系統四象限運行，回饋能量直接回送電網，且不受回饋能量大小的限制，適應范圍廣，節能效果更加明顯。
3 JX709卷揚操控系統的工作原理
針對金礦卷揚提升的運行工作特點，按照嚴格的工業標準設計，惠豐制造出JX709卷揚操控系統，把制動電路、回饋電路、濾波器、線路電抗器和PLC等集成到變頻器中，增強了整機的可靠性。
卷揚變頻器為交－直－交電壓型變頻調速系統，原理圖如圖1所示。

圖一

該系統的運行過程主要分為兩個過程:
(1)絞車電機作為電動機的過程，即正常的逆變過程。該過程主要由整流、濾波和正常逆變三大部分組成，如圖1所示。其中正常逆變過程是其核心部分，它改變電機定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調速作用。
(2)絞車電機作為發電機的過程，即能量回饋過程。該過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，如圖1所示。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續流二極管完成。二極管D1和D2為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分。電解電容E2的主要作用是為回饋逆變部分提供一個穩定的電壓源，保證逆變部分運行更可靠。回饋逆變部分是整個回饋過程的核心部分，該部分實現回饋逆變輸出電壓相位與電網電壓相位的一致。因為回饋逆變輸出的是調制波，為保證逆變的正常工作以及減少對電網的污染，另加了一個輸出濾波部分，使該系統的可靠性更加穩定。
4 金礦變頻卷揚的特點
金礦卷揚具有回饋能量大的特點，采用獨立的回饋單元，按重車滿負荷下放的最大限度來選取制動模塊和回饋模塊。
當電機發電母線電壓升高時，啟動回饋單元向電網回饋或啟動剎車單元，將能量泄放掉。由于回饋能量大，為保證器件的安全，可同時啟動回饋單元或剎車單元。
這里要注意幾點:
(1) 剎車界限要調整適當，該電路應主要以回饋為主，若剎車過早，剎車電阻會長期工作，造成不必要的能耗浪費，剎車電阻也會因長期過熱而損壞，一旦損壞，則后果嚴重，將造成整個變頻器工作的不安全。
(2) 由于回饋輸出的是經過調制的PWM波形，為了與電網盡量一致，其相位控制相當重要，要保證輸出的波形與電網嚴格同步。另外，必要的LC濾波也是十分重要的，不然，將對電網造成污染，回饋量越大，其濾波系數也越大。
(3) 在回饋控制板上有一個顯示接口，從此端接入一個顯示板，可監測基準電壓和母線電壓，對安裝調試比較方便。
5 金礦卷揚的基本控制要求
(1) 運行速度的控制為了減少運行過程中的機械沖擊，在提升機啟動和停止過程中，做到加速度連續，因不同的頻率，對應不同的加減速速率，在本裝置的控制中，將不同頻率時的加減速速率規劃成一個表格，運行中用查表的方法確定對應頻率時的加減速速率，使提升機平滑運行，減少機械沖擊。
(2) 自動限速保護在運行到終點時，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。提升機帶有測速發電機，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。
(3) 直流制動主令控制器給出“正轉”或“反轉”命令后，如果沒有給出“松閘”信號，變頻器會在電機上施加直流制動轉矩，確保松開制動閘過程中重車不下滑。在給出“松閘”信號后，變頻器開始運行。制動油泵啟動后，若不小心松開制動閘觸動“松閘”行程開關，變頻器接收到“松閘”信號，同時在電機上施加直流制動轉矩，確保重車不下滑。
當重車在井筒中間停車時，變頻器由高速至停機后，隨之施加直流制動轉矩使電機停止轉動，當機械制動起作用后，方去掉直流制動，使重車靠機械抱閘的作用停止。
7、結束語
1、節電率大幅上升，可以達到30%～50%。
2、運行穩定可靠、操作更加方便。
3、可以使用到油田抽油機、離心機等大慣性負載中。
礦用提升機采用變頻改造，尤其是JX709卷揚操控系統的改造成功，為變頻器在起重設備上的應用提供了典范。據國內資料顯示，在國產變頻器中，真正使用回饋制動的寥寥無幾。就是變頻器在提升機上的應用也相當少，因此大面積的推廣卷揚操控系統，對變頻器的生產來說無疑將會是一個巨大的市場。