鴻寶變頻器在絞車中改造中應用

1 引言

　　卷揚提升機是用來把爐料運送到高爐爐頂給高爐加料或礦山斜井運送礦料的重要設備，我國的中小高爐基本上都是采用料車卷揚機作為標準上料設備。滿足下列要求：有足夠的運送能力，既上料速度能滿足高爐生產的要求;運行可靠，耐用，保證高爐連續生產;能夠實現上料自動化;結構簡單，維護方便。

　　卷揚提升機的工作特點是：啟動速度慢，轉矩大，加速平滑，停車平穩、準確。傳統的調速方法是：采用繞線轉子異步電動機，通過集電環和碳刷在轉子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉速。

　　但存在以下缺點：

　　（1）串聯電阻調速，其調速變化呈跳躍狀，使得減速機齒輪、天輪、中輪、料車與斜橋導軌之間，在加減速運行階段均受到沖擊力的作用，設備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導致維修量大，檢修費用增加。

　　（2）串聯電阻調速范圍小，使得料車速度呈突變，減速后停車時仍有較高轉速，對制動器和限位開關的調整精度要求高，且容易發生越位及掉道事故而影響生產。

　　（3）串聯電阻調速，使得料車起動及減速時，大部分電能消耗在電阻器上;當電動機在電壓下降時，力矩下降，轉差率增大，嚴重時，料車無法啟動，易于產生事故。

　　（4）能耗高，低速機械特性軟。因為轉速的降低是通過轉子外接電阻消耗能量來實現的，并且轉速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經濟，電網電壓的高低對速度影響很大。隨著變頻器技術的飛速發展。各生產廠家推出了特殊工況的專用變頻器，采用變頻器改造系統，可以解決以上問題。

　　（1）原系統參數

　　斜井提升機原使用牽引電機是繞線式交流異步電動機，型號為75kW電機，該電機采用工頻供電，調速方法為采用通過集電環和碳刷在轉子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉速，凸輪控制器，接觸器互鎖控制。

　　（2）變頻改造方案

　　保留原控制系統 及制動系統以做備用，采用鴻寶系列電流矢量型變頻器HB093T3（93kW）。該產品反映時間短，保護功能齊全。

　　l 開關環磁通矢量控制及開，關環V/F控制可自由選擇。

　　l 適合機械特性負載，針對流體負載和實際工況可酌情降檔使用。

　　l 超低速高啟動轉矩，低速轉矩可達150%額定轉矩（100～300可設定）。

　　l 速度控制范圍可達1:1000（在閉環控制模式下）。

　　l 速度控制精度可達 0.02%，頻率精度可達 0.01%，輸出頻率分辨率可達0.01HZ。

　　l 加速時間可設定0.01秒，動態響應良好，負載適應性極強。

　　l 具有滑差補償，轉矩補償，速度控制（ASR），鍵盤數據復制，自學習。

　　l PID調節，計時，節能，追逐防止等多種高級功能。

　　l 具有多功能輸入，輸出端子功能，多功能模擬輸入，輸出功能及串行通信接口。

　　l 具有2種參數的在線監視功能。

　　l 具有電機保護，瞬時停電處理及失速防止，頻率檢出，異常復位，過力矩輸出，力矩極限，硬件保護功能及診斷功能，將避免機器可能發生的意外損壞。

　　l 獨特，先進的主回路設計及報警功能，將完全保證整體的高可靠性。

　　l 具有中英文顯示，界面友好。（變頻系統改造框圖見圖1）

　　（3）制動方式

　　絞車整個運行過程中有兩個狀態反饋的能量比較大:一種狀態是在重物下降時，電機處于發電狀態，產生的再生能量反饋;另一種狀態是制動停止時產生的再生能量反饋。針對這兩種情況，在選制動單元和制動電阻時，我們選擇制動電流較大的制動單元以及與之配套的大功率的適當阻值的制動電阻。

　　制動部分變為熱能消耗。為防止提升或下降時因礦山軌道的可能產生的有時脫軌停車，必須采取液壓制動器和手動制動器進行機械制動。為防止溜車的控制，由外部加裝的直流制動給電機加直流電源，將電機瞬時減速至啟動液壓制動器的抱閘動作防止溜車。

3 改造后的效果

　　從改造后運行來看，效果非常明顯：

　　（1）系統采用段速度控制，啟動沖擊小，可以緩啟緩停，減少了電機啟動時對變速齒輪的沖擊，卷揚提升機的啟動、制動、加速、減速等過程更加平穩快速，減少負載的波動;操作靈活易掌握。

　　（2）由于電動機啟動電流限制得較小，頻繁啟動和停止時電動機熱耗減少、壽命延長;液壓制動器和手動制動器在低速時操作，其減少閘皮的磨損延長使用壽命，保養時間和費用都得以減少。卷揚機鋼絲繩的使用壽命也明顯延長。

　　（3）停車位置準確，重車、空車停車位置基本一致。（4）由于去掉了外接啟動電阻，因而提高了系統的用電效率，經測算節電率達20%以上，估計年節電約幾萬千瓦時

4 抗干擾措施

　　變頻器調速技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。它以很好的調速、節能性能，在各行各業中獲得了廣泛的應用。由于其采用軟啟動，可以減少設備和電機的機械沖擊，延長設備和電機的使用壽命。隨著科學技術的高速發展，變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性應用到了工業控制的各個領域中，如變頻調速在供水、空調設備、過程控制、電梯、機床等方面的應用，保證了調節精度，減輕了工人的勞動強度，提高了經濟效益，但隨之也帶來了一些干擾問題。現場的供電和用電設備會對變頻器產生影響，變頻器運行時產生的高次諧波也會干擾周圍設備的運行。變頻器產生的干擾主要有三種：對電子設備的干擾、對通信設備的干擾及對無線電等產生的干擾。對計算機和自動控制裝置等電子設備產生的干擾主要是感應干擾;對通信設備和無線電等產生的干擾為放射干擾。如果變頻器的干擾問題解決不好，不但系統無法可靠運行，還會影響其他電子、電氣設備的正常工作。因此有必要對變頻器應用系統中加防干擾措施 分別在輸入 輸出側加電抗器，濾波器直流電抗器并保證不同的點很好的接地。系統圖如下：

5 使用變頻器應注意的問題

　　為了保證提升機能夠安全可靠的運行，防止變頻器跳故障時，礦車下滑“溜車”，需要增加一套安全保障系統。在變頻器的外部，增加了一套直流制動加液壓抱閘的制動系統，一旦變頻器跳故障，由變頻器發出故障信號，控制直流制動電路，給電機定子繞組施加低壓直流電流，減緩“溜車”速度，同時液壓抱閘抱住卷揚機主動輪。故障解除后，可恢復正常運行狀態。

6 改造后分析：

　　實踐證明，卷揚提升機采用變頻器的調速控制方案是具有簡單、可靠性高、節能、高效，保護功能齊全功能（過電流，過電壓，欠電壓，接地，過熱，短路），便于自動控制的最佳方案，完全可以替代傳統的控制模式，具有非常高的推廣價值。

　　其次：（1 ）變頻系統甩掉了原電控系統用的交流接觸器，設備不再頻繁啟動，提高了系統的可靠性。

　　（ 2 ）變頻系統實現了低頻低壓的軟啟動和軟停止， S 形速度曲線加速，使運行更加平穩，機械沖擊小，延長了機械設備的使用壽命。

　　（ 3 ）采用能耗制動、回饋制動技術，成功解決了調度絞車在快速減速或急停時的再生發電能量處理問題，保證了變頻器的安全運行。

　　（ 4）節能效果顯著。變頻改造后，據測，節電效果可達20% 以上