變頻調速器在起重機操縱系統(tǒng)的運用

在中國各種礦山開采中，卷揚機升降機廣泛選用串電阻器調速。這套設備存在著許多缺點，比如設備故障率高、維護費高、運行效率低、牽制生產(chǎn)發(fā)展等。為了提高生產(chǎn)制造武器裝備技術實力，提升生產(chǎn)量，我企業(yè)研發(fā)了金礦石月起重機變頻式操縱系統(tǒng),建筑卷揚機。

一、原起重機系統(tǒng)介紹

原起重機系統(tǒng)關鍵由主軸軸承設備、減速器、纏線式電機、盤形閘、液壓系統(tǒng)、深層指示儀、天輪、承重、門吊、電源柜、加快控制箱、驅動力制動柜、電阻柜等構成。該系統(tǒng)在中國各礦山被廣泛使用。

該系統(tǒng)的原理是通過更改電動機正反轉來完成罐籠升高與降低，而效率的變化則靠更改串入纏線式電機電機轉子的阻值來保持的。其優(yōu)勢表現(xiàn)在機械設備抱閘制動層面。該抱閘設備操縱便捷，穩(wěn)定性高，在長期使用中性能穩(wěn)定，而且使用方便，有利于系統(tǒng)聯(lián)接。

這套系統(tǒng)的缺陷都是顯著的，具體表現(xiàn)在系統(tǒng)構成繁雜，容積巨大、實際操作繁雜、設備故障率比較高。從具體系統(tǒng)中我們能清楚地見到，各模塊、各部件間的聯(lián)線達數(shù)百條；電阻經(jīng)常損壞，電機銅頭、電刷、炭刷等時常出現(xiàn)異常等。此外，因為操縱系統(tǒng)繁瑣，給維修維護保養(yǎng)產(chǎn)生非常大艱難，都是該系統(tǒng)的主要缺點之一。

從系統(tǒng)運行情況，大家可以看出，原起重機系統(tǒng)為有級變調速，動態(tài)性速度變化不穩(wěn)定、調速范疇小，對罐難度很大，實際操作不容易把握，特別是運作不穩(wěn)定增強了機器設備損壞。另一方面，當系統(tǒng)低速檔運行中，電機的轉差率大，相對應的轉差輸出功率徹底轉換為熱量消耗掉。因此，該系統(tǒng)僅僅一種規(guī)模不經(jīng)濟、高損耗的調速設備?,電動卷揚機。

我們知道，針對溝通交流電機調速而言，更改電源電壓、電源頻率或電機的極對數(shù)均可更改電機轉速比。而對原系統(tǒng)，電機極少數(shù)和增加于電機定子側的電源頻率均不會改變，因而，電機的同步轉速也不會改變，所說調速，實際是根據(jù)串聯(lián)電阻更改定子繞組里的工作電壓，這就使機電傳動控制的穩(wěn)定調速精密度大幅度降低與此同時，因為串入電機電機轉子控制回路的電阻阻值不可以無極轉變，因此不能完成光滑調速。

人們還需要注意的一點是原系統(tǒng)即便在再造能量回饋情況下依然耗費很多的電力網(wǎng)電磁能，比如，空罐上升，電機處在發(fā)電量情況，所造成的再造電磁能所有耗費在電阻器上，而且因為系統(tǒng)處在制動情況，串入的電阻器一樣耗費很多的電量。這就是該系統(tǒng)的致命缺點之一,電動絞車。

二、起重機變頻式操縱系統(tǒng)介紹

變頻式調速是現(xiàn)階段溝通交流異步電機最理想化的調速方法，它仿真模擬直流電電機的調速方式，并考慮了電機動態(tài)性能規(guī)定，具備無極調速、回應快速、運作穩(wěn)定、操縱靈便等特性，廣泛運用于各行各業(yè)。

但是，目前為止，變頻調速器在冶金工業(yè)、礦山開采等領域的都還沒發(fā)展出應該有的運用，特別是煤礦起重機提升設備的變頻式更新改造，全國各地未有取得成功案例。2001年，金蟾蜍山金礦石與歐瑞傳動系統(tǒng)有限責任公司協(xié)作，研發(fā)了“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”，用以本礦的新創(chuàng)建煤礦中。該系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)和交付使用，在全國各地尚屬初次。

“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”由變頻柜(包含變頻調速器、釋放模塊、釋放電阻器)、操控臺等構成，如下圖2、圖3圖示。全套系統(tǒng)體型小、重量較輕、實際操作使用方便靠譜，而且徹底延用礦山機械設備的使用良好習慣。實際上，單單從系統(tǒng)外型上看，新系統(tǒng)比系統(tǒng)就會有非常大的優(yōu)勢：原系統(tǒng)一共有四個電器柜或電阻柜和一個工作臺，而“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”只有一個變頻器控制柜和一個工作臺。

釋放模塊和釋放電阻的作用目的是為了釋放電機造成的再造動能。變頻式系統(tǒng)自身含有軟制動，為了安全起見，再次運用了原系統(tǒng)的液壓機抱閘設備，做為安全防范措施。

變頻式調速器是通過更改電機鍵入開關電源的次數(shù)來調整電機轉速比的，因而調速范疇很寬，能夠做到0～400Hz。工作頻率調整精密度為0.01Hz，大部分實現(xiàn)了無極調速。因此，選用變頻調速器后，電機能夠完成真正意義里的軟起動和光滑調速。而且，變頻調速器提高了鍵入開關電源的功率因素，在基頻下列為恒扭矩導出，功率隨轉速比轉變，所以有著非常好的節(jié)能功效。

“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”的創(chuàng)新點之一是在起重機系統(tǒng)中使用了釋放模塊，該設備包含開關電源電路、電壓采樣與解決電源電路、差分信號產(chǎn)生與觸發(fā)電路、保護電路、IGBT光耦電路及IGBT功率模塊等。設備外接設備調整旋紐，能用來調整釋放的閾值工作電壓和釋放速率。設備各自與變頻調速器和釋放電阻器聯(lián)接。在其中釋放電阻的大小直接關系釋放速率。

“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”的另一技術革新點便是在伺服驅動器內部結構設置了“PLC”作用，進而能夠靈便操縱液壓機抱閘設備，使之進行放寬、抱閘和適當抱閘等不一樣實際操作作用。這里，液壓機抱閘設備為原系統(tǒng)常用，其機械設備穩(wěn)定性早就獲得確認。

工作臺在外觀設計上維持了原先設計風格，但內控制度系統(tǒng)和外界標示均為全新升級設計方案。實際操作再次延用之前習慣性，主令電源開關手柄改成無極調速手柄，用以動態(tài)性調速。此外，加設了“應急制動”按鍵和“十分制動”按鍵，以提升制動的穩(wěn)定性。一般地，當變頻調速器發(fā)生故障時，系統(tǒng)全自動導出出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)信號，操縱系統(tǒng)安全性抱閘。假如全自動抱閘路線出現(xiàn)異常而無法精確實行作用時，實際操作“應急制動”按鍵能夠應急制動；假如“應急制動”作用也無效，則可啟用“十分制動”，按時該按鍵，就可以斷開接觸器線圈的控制電源，直接啟動抱閘設備，進而做到最可靠的制動。

總而言之，“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”具備很高的科技含量和非常好的技術優(yōu)勢，這關鍵反映在：

2.1 實現(xiàn)了電動機的軟起動。

2.2 實現(xiàn)了無極光滑調速，可在靜態(tài)數(shù)據(jù)或動態(tài)性隨意調節(jié)電機轉速比。

2.3運作穩(wěn)定，無轉差沖擊性，增加了機械設備系統(tǒng)的使用期限。

2.4回應快速，操縱靈便，有利于完成集中控制系統(tǒng)和系統(tǒng)集成化。

2.5集信號分析、運行控制、電子器件制動、機械設備制動、安全保護為一體，提高了機器設備的總體基本功能。

2.6實際操作形象化簡單，掌控輕松自在。

2.7環(huán)保節(jié)能率大。

三、系統(tǒng)的使用應用

起重機變頻式操縱系統(tǒng)的使用應用十分簡單。操控臺的控制面板如下圖4所顯示。具體步驟如下所示：

3.1 蓋上變頻器電源電源開關(即R、S、T鍵入進線開關)，電腦鍵盤控制板的顯示器顯示“-HF-”，約2秒后變成“0”。

3.2先將制動手柄應拔到“關”的部位，調速手柄調至正中間，即“零”部位，隨后開啟電控鎖。

3.3各自按汽油泵、變頻調速器的“運行”按鍵，顯示器顯示已為“0”。這時“開關電源標示”燈、“抱閘標示”燈亮了。

3.4得出方位數(shù)據(jù)信號(即順轉或翻轉數(shù)據(jù)信號)后，按鍵盤控制板里的“運作”鍵，與此同時相互配合實際操作制動手柄和調速手柄。這時，變頻調速器導出由0HZ逐漸慢慢升高，假如輸出頻率小于F18(抱閘限定工作頻率)的預設值，則系統(tǒng)全自動抱閘運作(即電機匝間運作)，制動手柄失靈。而當輸出頻率超過F18預設值時，“全自動抱閘”設備停止工作，制動手柄逐漸起作用，系統(tǒng)制動靠手動式抱閘。起重機進到正常運轉操縱情況.

3.5調節(jié)速率的速度由調速手柄操縱。當必須迅速停車時，可將調速手柄反方向扳到正中間部位下列，就可以泊車。停車后，應先調速手柄調返回正中間部位。假如轉換方向反方向運作，可反向操作調速手柄。這時無須再按“運作”鍵。

3.6 當軟啟動器產(chǎn)生“OC”(過電流)、“OE”(過電壓)、“OL”(負載)等維護時，變頻調速器關閉導出，系統(tǒng)全自動抱閘制動..這時，應先制動手柄和調速手柄修復到原始部位(正中間部位)，隨后按一下電腦鍵盤控制板里的“校準”鍵，則顯示屏由常見故障表明變成“0”；再按一下運作鍵，這時假如常見故障清除，系統(tǒng)修復運作，不然，再次處在維護情況。

注：第一次通電時也需按一下運作鍵才可以運作，這般設定就是為了提示作業(yè)者不要忘了將制動手柄和調速手柄校準。

3.7 “釋放減振”旋紐放置“開”部位時，當承重下發(fā)全過程電機處在發(fā)電量情況時，制動模塊有也許工作中。制動模塊工作時系統(tǒng)全自動適當抱閘(約為徹底抱閘時緊抱力的1/5)。

3.8本系統(tǒng)萬一發(fā)現(xiàn)異常狀況，如“無法控制”時，可直接按住“應急制動”按鍵或“十分制動”按鍵，或是立即關閉電控鎖(也可以斷開全部系統(tǒng)總開關電源)，就可以運行抱閘設備，系統(tǒng)處在“徹底抱閘”情況，進而確保自身和設備安全。

3.9.1 調整運作手柄的運行頻率：當正方向運作推倒最高值而工作頻率不可以做到50Hz時，精確測量這時溫控開關上接線端子排V2、V3間工作電壓，將F19功能碼設成該值；當反方向運作推倒最高值而工作頻率不可以做到50Hz時，精確測量這時溫控開關上接線端子排V2、V3間工作電壓，將F20功能碼設成該值。

3.9.2 F30功能碼用于挑選停車方式：即隨意泊車或降速泊車；當挑選降速停車時，可根據(jù)F15功能碼的設置明確減速時間。

3.93 F16／F17功能碼為變頻調速器正常工作時的加快和減速時間，根據(jù)調整這兩個主要參數(shù)，可調節(jié)變頻調速器運行中工作頻率轉變的速度。

四、系統(tǒng)的使用效果

因為“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”運用當代微電子技術控制系統(tǒng)和電力電子學，選用室內空間工作電壓閉環(huán)控制方法，使溝通交流電機調速贏得了質的飛躍，擺脫了原調速方法的許多缺陷，根據(jù)對本工程項目的測評，省電率達45％，每一年可節(jié)省水電費11.17萬余元。

金蟾蜍山金礦石目前7臺卷揚機升降機，裝機量為510Kw。若所有改成變頻式操縱系統(tǒng)，一年可以為公司提升經(jīng)濟收益55.8萬余元。如將全國各地礦山開采升降機用的串電阻器調速都改成變頻式調速，那樣，每一年僅省電一項就可完成經(jīng)濟收益上億人民幣乃至上百億元。

通過在煤礦六個多月的運作，“起重機變頻式操縱系統(tǒng)”表明出自動化程度高、功能豐富、性能穩(wěn)定等眾多優(yōu)勢。因而，在全行業(yè)內營銷推廣該系統(tǒng)對提升公司的經(jīng)濟收益、促進整體時代的科學技術和工藝水平的提升都是有十分重要的意義。