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    摘要：本文分析了礦井提升機(jī)的運(yùn)行特點，詳細(xì)闡述了英威騰CHV190 系列起重提升專用變頻器用于永磁同步電動機(jī)驅(qū)動的節(jié)能型礦井提升機(jī)的選型配置原則，最后介紹了應(yīng)用現(xiàn)場的調(diào)試步驟及注意事項。 

   關(guān)鍵詞: 英威騰CHV190系列起重提升專用變頻器 節(jié)能型礦井提升機(jī) 永磁同步電機(jī)

   一． 引言

   礦井提升機(jī)是礦井運(yùn)輸?shù)闹饕h(huán)節(jié)，主要任務(wù)是提升井下的矸石、煤和廢石，同時還要運(yùn)送人員、設(shè)備和材料。因此礦井提升機(jī)工藝對電氣傳動的要求是很高的，主要表現(xiàn)在：提升機(jī)電氣傳動的可靠性，不僅關(guān)系到礦井的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)計劃管理，而且直接關(guān)系到井下每個礦工的生命安全，電控設(shè)備的任何故障都可能造成人身事故和整個礦井停產(chǎn)；必須滿足提升機(jī)力圖要求并能在四象限平滑運(yùn)行；能夠頻繁進(jìn)行正向、反向、啟動、運(yùn)行、停車、制動，能按一定的速度圖運(yùn)行；負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

   1. 行業(yè)現(xiàn)狀

   目前國內(nèi)提升機(jī)電控絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器－接觸器系統(tǒng)，技術(shù)落后，存在的問題很多；例如：①轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)；②電阻分級切換，為有級調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊；③繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高；④交流繞線異步電動機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故；⑤不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。

   2. 發(fā)展趨勢

   （1）隨著國家出臺一系列節(jié)能降耗、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)相關(guān)政策，各大煤炭企業(yè)將不得不淘汰掉那些高耗能、高污染、生產(chǎn)技術(shù)落后的設(shè)備。礦井提升機(jī)作為生產(chǎn)重要設(shè)備，除高耗能以外，還有著工作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、危險程度大等突出問題，因此，技術(shù)落后、設(shè)備陳舊逐漸不能滿足發(fā)展要求，取而代之的將會是節(jié)能環(huán)保、安全高效的全數(shù)字化生產(chǎn)模式。全數(shù)字化礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

  （2）使用變頻器調(diào)速的礦井提升機(jī)，可以實現(xiàn)啟動時的軟啟動、軟停車，減輕對電網(wǎng)的沖擊；可根據(jù)負(fù)載需要，自動輸出合適的功率大大降低了不必要的能量耗損；調(diào)速平滑連續(xù)，使運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定、高效。據(jù)此，變頻器以其獨(dú)特的優(yōu)勢在提升機(jī)行業(yè)的應(yīng)用也迎來了發(fā)展的新時期。

   （3）永磁同步電動機(jī)（PMSM）是節(jié)省能源最有效的電動機(jī)。電動機(jī)幾乎消耗了許多國家工業(yè)用電的2／3。出于節(jié)能和環(huán)保考慮．包括我國在內(nèi)的世界上許多國家對電動機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能均給予了高度重視。PMSM無需從電網(wǎng)吸取無功電流建立氣隙磁場，無激磁損耗。從而顯著提高了效率和功率因數(shù)，比異步電動機(jī)具有更顯著的綜合節(jié)能效果，是今后最有發(fā)展前途的電動機(jī)。

                 
                                              圖1 礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  

   二．礦井提升機(jī)參數(shù)與電氣系統(tǒng)

   礦井提升機(jī)機(jī)械部分采用JK-3型提升機(jī)，卷筒數(shù)量1個，卷筒直徑3m，鋼絲繩最大靜張力135KN，最大提升速度5.73M/S。 

   電氣部件主要由開關(guān)柜、控制柜、功率電阻柜、變頻器柜、操作臺、和電機(jī)組成；控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC；傳動系統(tǒng)采用英威騰CHV190-1000G-6型起重專用變頻器；電機(jī)采用TYPK型950KW / 40極變頻三相同步節(jié)能型永磁電機(jī)。

                       
                                                   圖 2 電氣傳動系統(tǒng)方案

   傳動系統(tǒng)方案如圖2所示，變壓器二次側(cè)690V三相交流電源經(jīng)隔離開關(guān)、熔斷器、接觸器、輸入電抗器提供給變頻器，CHV190-1000G-6變頻器采用并機(jī)方式，即由2臺690V500KW變頻器并機(jī)組成，每臺變頻器均配置輸入、輸出電抗器，與電動機(jī)同軸安裝UVW型同步電動機(jī)專用編碼器。電氣制動采用2臺DBU100H-320-6能耗制動單元；每臺制動單元連接4Ω180KW制動電阻。

   變頻器電氣控制系統(tǒng)原理如圖3所示。控制電路由控制變壓器輸出的AC220V電源再通過隔離變壓器、開關(guān)電源后，輸出AC220V、DC24V、DC12V電源分別提供給PLC、顯示器、繼電器、檢測器件、電磁閥等；變頻器采用端子控制模式，操作指令由控制臺發(fā)起，經(jīng)PLC處理后輸出，通過PLC與變頻器控制板I/O接口連接線傳遞信號，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 

   為了提高變頻器對電機(jī)的精確控制，采用閉環(huán)矢量控制模式，防止溜鉤或因上升或下降啟動時電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足而引起沖擊機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生振動的現(xiàn)象。變頻器多功能端子組S1—S6（HDI）對應(yīng)指令為提升機(jī)上行、下行、變頻器復(fù)位、驗繩、自動恒速1、自動恒速2；啟動聯(lián)鎖對應(yīng)擴(kuò)展I/O卡的S7端子，多功能模擬量輸入AI1設(shè)定提升機(jī)運(yùn)行速度。兩路輸出繼電器RO1、RO2，其中RO1設(shè)置為故障輸出功能，RO2設(shè)置為變頻器輸出頻率檢測功能以控制電機(jī)制動器的抱閘接觸器。礦井提升機(jī)抱閘控制繼電器KB通過變頻器輸出繼電器RO2控制。不工作時，制動控制繼電器RO2A與RO2C之間為常開觸點，當(dāng)上升或下降端子接通時，變頻器按設(shè)定頻率啟動， RO2A與RO2C之間接通，抱閘控制繼電器KB吸合，電磁閥線圈得電，制動器松閘，處于可運(yùn)行狀態(tài)。

                   
                                               圖3 變頻器電氣控制原理圖

                    
                                              圖4 現(xiàn)場調(diào)試

  三．變頻器參數(shù)設(shè)定與調(diào)試

  1. 變頻器設(shè)定參數(shù)值
     
      

   2. 系統(tǒng)調(diào)試

    在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統(tǒng)開始上電調(diào)試。按照提升機(jī)行業(yè)的實驗規(guī)則，將調(diào)試分為空載調(diào)試、1/2額定負(fù)載調(diào)試、額定負(fù)載調(diào)試及125%額定負(fù)載調(diào)試幾個階段。調(diào)試現(xiàn)場照片如圖4所示。  

   變頻器采取閉環(huán)矢量控制模式，在編碼器安裝之后，通過自學(xué)習(xí)獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極初始角度，根據(jù)電機(jī)磁極角度與反電動勢信號的關(guān)系定位旋轉(zhuǎn)編碼器。自學(xué)習(xí)前必須正確輸入電機(jī)的銘牌參數(shù)（P2.01-P2.05），為了確保自學(xué)習(xí)效果最佳，進(jìn)行動態(tài)自學(xué)習(xí)。

   電機(jī)空載、帶載運(yùn)行過程中，分別測試變頻器電流、電壓、頻率的輸出波形以及各信號指令。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試驗證，該礦井提升機(jī)在運(yùn)行過程中，控制指令邏輯正確，起停運(yùn)行平穩(wěn)無明顯沖擊，各方面性能完全達(dá)到用戶要求。

   四、結(jié)束語

   英威騰CHV190系列起重提升專用變頻器是一款高性能矢量變頻器，廣泛應(yīng)用于起重、提升行業(yè)的各類起重機(jī)、礦井提升機(jī)等高端應(yīng)用場合。在永磁同步電機(jī)驅(qū)動的礦井提升機(jī)應(yīng)用中，通過變頻器對電機(jī)的高精度控制，使運(yùn)行既安全又高效，在起停過程中，幾乎感覺不到機(jī)械系統(tǒng)的沖擊，大大增強(qiáng)了提升機(jī)在運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性和舒適感，同時節(jié)能效果顯著，是礦山提升機(jī)的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。

   參考文獻(xiàn)：

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  4．段蘇振•交流變頻調(diào)速的電氣制動方式［J］•機(jī)床電器，2004，3•