珠峰ACI变频器在煤矿提升机上的应用.docx

珠峰ACI变频器在煤矿提升机上的应用矿井提升机是煤矿、铁矿、有色金属矿消费经过中的重要设备。提升机的平安、可靠运行，直接关系到企业的消费状况和经济效益。煤矿井下采好的煤通过斜井用提升机将矿车拖至地面。安装在地面绞车房的绞车(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矿车，在电机的驱动下将矿车从地面放至井下或者把矿车从井下拖至地面。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。斜井提升机的机械构造示意图如图1所示。斜井提升机驱动电机一般是绕线式异步电机，采用转子串电阻方式调速。提升机的根本参数是:电机功率55kW，卷筒直径 1200mm，减速器减速比24:1，钢丝绳最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。图1 提升机卷筒机械传动系统构造示意图 目前，大多数中、小型矿井采用斜井串车提升，传统斜井提升机普遍采用沟通绕线式异步电机转子串电阻调速，电阻的投切用继电器 沟通接触器控制。这种控制系统由于调速经过中沟通接触器动作频繁，设备运行时间较长后，沟通接触器主触头易氧化发热熔焊或者接触不良，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。提升机频繁的启动调速和制动，在转子电路所串的电阻上会产生相当大的功耗。这种沟通绕线式异步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，能耗大；启动经过和调速换挡经过中电流冲击大；中高速运行震动大，平安性较差。 改造方案 为克制传统沟通绕线式异步电机转子串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率(050Hz)范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或者节能更加显著的回馈制动方案。为平安性考虑，液压机械制动需要保存，并在设计经过中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图2所示。 图2 矿井提升机变频调速方案 考虑到绕线式电动机比鼠笼式电动机的力矩大，且过载才能强，所以仍用原来的4极55kW绕线式电机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。提升机在运行经过中，井下和井口必须用信号进展联络，信号未经确认，提升机不能运行。为显示运行时矿车的位置，使用E6B2-CW6Z 40P旋转编码器，即电机旋转1圈旋转编码器产生40个脉冲，这样每两个脉冲对应车厢走过的间隔 为1200 /(24 40)=3.927，约为3.9mm。假如采用6位计算器，设定单个脉计量值为3.9，冲那么与实际间隔 的误差值为4-3.9=0.027mm，卷筒运行一圈误差为0.027 40 24=25.29mm，已知钢丝绳长度为120m，假如两个脉冲对应车厢走过的间隔 用近似值3.9mm计算，120m全程误差为25.92 120000/1200 825mm。再考虑到实际检测经过中有一个脉冲的误差，那么最大的误差在821mm829mm之间，对于数十米长的车厢来讲误差范围不到1m，精度足够。因此，用计数器实时统计旋转编码器发出的脉冲个数，那么可计算出车厢的位置并用显示器显示。另外一个问题是计数经过中有无累计误差存在？实际检测时，在一个提升经过开场前，首先将计数器复位，第一个重车厢经过某个位置时，翻开计数器计数，车厢在斜井中的位置以此点为基准计算，没有累计误差。在操纵台上，用8英寸触摸屏显示沟通电压和电机工作电流以及车厢的位置。 方案施行 斜井提升负载是典型的摩擦性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克制负载转矩，启动时还要克制一定的静摩擦力矩，电机处于电开工作状态位于第一象限；在重车减速时，固然重车在斜井轨面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生工作状态位于第二象限；当空车下行时，电机处于反向电动状态位于第三象限；当重车下行时，电机工作在发电状态位于第四象限。另外，有占总运行时间10%的时间单独运送工具或者器材到井下时，电机纯粹处于第二或者第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进展有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这局部电能，但回馈制动单元价格较高，投资较大，考虑到单独运送工具或者器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。 提升机的负载特性为恒转矩位能负载，启动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量，因此选用ACI V11-90kW变频器。由于提升机电机绝大局部时间都处于电动状态，仅在少数时间有再生能量产生，变频器接入制动单元和制动电阻，就可以知足重车下行时的再生制动，实现平稳的下行。地面绞车房还有一个液压机械(盘式)制动器，此制动器用于重车静止时的制动，十分是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动器制动。液压机械制动器受PLC和变频器共同控制，机械制动是否翻开，受变频器控制，启动时当变频器的输出转矩到达设定值时，变频器TA、TB端口输出开关信号，表示电机转矩已足够大，翻开液压机械制动器，重车可上行；减速经过中，当变频器的频率下降到0.2Hz时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽量短的时间内停车。 提升机传统的操纵方式为：操纵工人坐在地面绞车房操纵台前，手握操纵杆控制电机正、反转共三挡速度。为适应操纵工人这种操纵方式，变频器采用无档位多段速调速方式。变频调速原理图如图3所示。 图3 变频调速原理图 节电率与投资回报分析 某煤矿使用的矿井提升机，原采用132KW三相异步电动机转子串电阻调速，用沟通接触器进展速度切换，由于功率比拟大，所以启动换档时冲击电流大，中高速运行不平稳，大量的电能消耗在转子电阻上，造成能源的极大浪费。同时，由于接触器电磁噪音大，工人的操纵环境也极恶劣，急需进展改造。 由于变频用具有软启动、大范围内平滑调速、节能效果显著等优点，因此该矿经太多方考察，决定采用广州ACI电气消费的V11系列185KW变频器对绞车系统进展变频改造，经过几个月的运行，证实改造的效果比拟理想，主要表如今： 1.实现了启动时的软启动、软停车，减轻了对电网的冲击。 2.变频器的频率连续可调，使调速更加方便、可靠，运行更平稳。 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，进而进步了产量。同时消除了接触器电磁噪音，改善了操纵环境，使工人防止在夏季调速电阻发热造成的高温条件下工作。 4.在低速时节能效果特别明显。矿井深300多米，测量时用4/50A的电度表，在一样耗电量的情况下，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，设备根本上是满载运行。即使我们采用保守算法，按132KW的电机负载率为90%，实际功率为118.8KW，天天只使用20小时，每年工作360天，一年节电仍高达17.1万度118.8KW*20%*20h*360天=302400度)。假设以每度电0.5元计算，那么每年可节电费8万多元(17.1*0.5=8.55万元)。 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。使用变频调速一种低耗能的高效的调速方式。提升机绝大局部时间都处在电动状态，节能特别显著，经测算节能20%以上，获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平安性得到大大的进步，减少了运行故障和停工时间，节省了人力和物力，进步了运煤才能，间接的经济效益也很可观。