變頻調(diào)速器在龍門抓上的應(yīng)用

變頻調(diào)速器在龍門抓上的應(yīng)用廠輸煤系統(tǒng)使用的是5T龍門式裝卸橋，跨度為40.5m，抓斗的提升、開閉機(jī)構(gòu)由二臺(tái)45KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，小車行走機(jī)構(gòu)分別由二臺(tái)22KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大車行走機(jī)構(gòu)分別由二臺(tái)11KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在抓斗的提升、開閉，大車及小車前進(jìn)、后退的傳動(dòng)控制過程中，為了確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性，采用了繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻的調(diào)速方式。在多年的使用過程中發(fā)現(xiàn)該控制方式中存在著很多難以解決的問題，比如調(diào)速性能差、接觸器動(dòng)作頻繁致使經(jīng)常更換接觸器、串接電阻故障多、操作不規(guī)范造成電氣回路及機(jī)械部件損壞等。
一、問題的提出
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看，發(fā)現(xiàn)，該5T龍門式裝卸橋的抓斗的提升、開閉以及小車的前進(jìn)后退的調(diào)速性能均較差，而且使用按扭控制起停、主令開關(guān)設(shè)定速度段，這樣就會(huì)有兩種情況：1.繞線式異步電動(dòng)機(jī)一起動(dòng)很快達(dá)到設(shè)定的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，速度太高以及變化太快容易造成電器、機(jī)械部件的損壞；2.如設(shè)定速度低則會(huì)延長(zhǎng)等待時(shí)間，使生產(chǎn)效率降低。另外，針對(duì)抓斗的提升及下放也存在一些潛在的問題，即：當(dāng)抓斗提升，但在空中停車再起動(dòng)時(shí)，有可能致使抓斗出現(xiàn)“溜車”現(xiàn)象（輕微下滑），這時(shí)電機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)，但是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)電流非常大。當(dāng)下放抓斗時(shí)，電機(jī)在重力與電動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下以極快的速度運(yùn)行在第四象限，電機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，停車時(shí)（抱閘），由于抓斗的慣性及下降速度太快停車效果差，非常危險(xiǎn)。針對(duì)上述問題，現(xiàn)要采用變頻調(diào)速技術(shù)予以解決。
二、抓斗的提升、開閉變頻控制
     抓斗有兩臺(tái)電機(jī)控制即抓斗開合電機(jī)、抓斗提升電機(jī)。抓斗抓煤時(shí)，僅有開合電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，抓滿煤開始提升時(shí)，提升和開合兩臺(tái)電機(jī)均要工作，相互間需要有速度配合才可使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。根據(jù)以往制作類似提升、下放重物變頻控制裝置的經(jīng)驗(yàn)及查閱ABB公司起重專用變頻器的相關(guān)技術(shù)資料，變頻器采用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻后能夠提供100%的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使抓斗下放時(shí)，電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)，變頻器的制動(dòng)單元能夠完全吸收掉這部分能量使電機(jī)穩(wěn)定工作在第四象限，且轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。這些通過調(diào)整開合電機(jī)變頻器及提升電機(jī)變頻器的頻率、
加速時(shí)間，使之相互配合，調(diào)整方便。
抓斗的提升、開閉機(jī)構(gòu)采用SIEMENS S7-200系列PLC控制，其輸入、輸出均由繼電器進(jìn)行隔離。采用PLC控制后使系統(tǒng)的維護(hù)量大大減少，修改或調(diào)整控制關(guān)系靈活、方便。
三、大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)變頻控制
    該系統(tǒng)的大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)基本象似，都是由兩臺(tái)電機(jī)控制，只是電機(jī)的功率不一樣，對(duì)兩臺(tái)電機(jī)分別采用兩臺(tái)相同的西門子MASTER DRIVES系列矢量控制型變頻器進(jìn)行起動(dòng)及速度控制。由于兩臺(tái)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)的同一負(fù)載，為保證兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行，每臺(tái)變頻器均配置一塊TSY型同步板來實(shí)現(xiàn)同步控制。每臺(tái)變頻器還需要加裝直流母線上的制動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。
采用變頻器調(diào)速時(shí)，每臺(tái)變頻器分別單獨(dú)供電。設(shè)定一臺(tái)變頻器為啟動(dòng)變頻器，另一臺(tái)為工作變頻器，兩臺(tái)變頻器設(shè)置參數(shù)完全一致，在SIEMENS PLC （S7-200系列）的控制下，繞線電機(jī)的轉(zhuǎn)子短接接觸器吸合。在接受到起動(dòng)按扭發(fā)出的起動(dòng)命令及速度信號(hào)后，兩臺(tái)變頻器同步工作，當(dāng)需要快速停車或反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)的能量回饋通過制動(dòng)單元釋放，達(dá)到快速起停的目的。
四、其 它
   原轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速方式的控制裝置的電源和控制部分回路保持不變，變頻控制與原控制系統(tǒng)可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)相互切換。四臺(tái)變頻器均采用矢量型變頻器并配以制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻以確保在機(jī)械失靈的情況下人身及設(shè)備的安全。由于變頻器調(diào)速屬高效調(diào)速系統(tǒng)，運(yùn)行效率高，調(diào)速靈活、方便，系統(tǒng)反應(yīng)速度快，所以采用變頻器控制并沒有影響龍門抓的抓煤量。
五、小 結(jié)
該系統(tǒng)經(jīng)改造后運(yùn)行近一年來，未出現(xiàn)電器或機(jī)械部件損壞，操作簡(jiǎn)便，減少了操作人員操作強(qiáng)度，為我公司帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。需要補(bǔ)充的是如果有條件的話可在抓斗控制機(jī)械制動(dòng)回路增加變頻器故障跳閘聯(lián)鎖，變頻器一旦故障機(jī)械制動(dòng)立即動(dòng)作，使之停車，這樣龍門抓的運(yùn)行可靠性將會(huì)得到大大提高。

參考文獻(xiàn)：
[1]. ABB公司. 《ABB變頻器操作手冊(cè)（提升宏）》 2001年
[2]. SIEMENS公司.《SIEMENS MASTER DRIVE 變頻器使用手冊(cè)》2001年
[3]. 王占奎 編.《變頻調(diào)速應(yīng)用百例》，科學(xué)出版社，1999年

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