變頻技術在主風機上的應用
礦井提升機主電機的冷卻至關重要,如果主電機冷卻系統(tǒng)設計不當,將會對提升機主電機造成非常大的危害。傳統(tǒng)的風量調(diào)節(jié)大都采用風門調(diào)節(jié)的方式,這種方式在實際使用中存在不足,給提升機的運行帶來了安全隱患,同時也與提升機的全數(shù)字控制系統(tǒng)越來越不適應。i問題的提出鮑店煤礦副井的2部提升機于2004年引進西門子技術進行了電控系統(tǒng)的改造,其主控系統(tǒng)為西門子S7―400系統(tǒng),驅(qū)動系統(tǒng)采用晶閘管整流,運行以來取得了非常好的效果。其主電機的冷卻采用的是離心式風機,利用調(diào)節(jié)風門開度的大小來調(diào)節(jié)冷卻風量的大小,但是經(jīng)過了一段時間的運行發(fā)現(xiàn)其存在以下的缺點:⑴啟動電流大主風機啟動時,如果風門的開度在15%以上,風機相當于帶載啟動,啟動電流在600A(電壓380V)以上,對電動機會產(chǎn)生較大的沖擊。曾經(jīng)出現(xiàn)過開啟主風機時忘記關閉調(diào)節(jié)風門,導致啟動電流過大,電動機燒毀事故的發(fā)生。但主風機位于車房的底層,調(diào)節(jié)起來不是很方便。
風機效率非常低風機負載轉矩與轉速的2次方成正比,軸功率與轉速的3次方成正比。在風門控制風量的系統(tǒng)中,風機的轉速是不變的,所以其電效率非常低,根據(jù)風機實際運行情況來看,60%~70%的電能都消耗在調(diào)節(jié)風門及管網(wǎng)壓降上,造成電能資源的浪費。
風量不能自動調(diào)節(jié)根據(jù)季節(jié)的不同,主電機需要的冷卻風量不同。如果一直把風門開得很大,其噪音很大,對提升機司機的健康不利。因此需要根據(jù)溫度的變化,由人工來調(diào)節(jié)風門的開度,不能實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)。
2方案選擇現(xiàn)在變頻技術己經(jīng)非常成熟,從開始的V/F控制,到矢量控制,一直到現(xiàn)在的直接轉矩控制。變頻器產(chǎn)品己經(jīng)系列化,性能非常可靠,在許多領域得到了廣泛的應用。經(jīng)過論證,決定去掉調(diào)節(jié)風門,由變頻器驅(qū)動主風機電動機,通過調(diào)節(jié)電動機的轉速來調(diào)節(jié)冷卻風量。并將風機變頻器的控制信號引入提升機的控制系統(tǒng)中,實現(xiàn)風機狀態(tài)的實時監(jiān)控以及風量的自動調(diào)節(jié)。結合提升系統(tǒng)的實際情況,選用西門子MicmMaster440變頻器,其控制方式為矢量控制,性能可靠穩(wěn)定。
系統(tǒng)的接線如、所示。其中為帶有過流及熱保護功能的空氣開關,K,為接觸器,Q2為刀閘開關,K2為繼電器,S,為普通開關。
動力系統(tǒng)接線系統(tǒng)的功能風機的啟動不再是全壓啟動,而是在變頻器中設定了電動機啟動曲線,電動機將按照設定的曲線進行啟動,啟動電流由原來的600A以上,降到了200A以下,大幅度地減少了啟動電流對電動機的沖擊。
變頻器正常時的啟動順序變頻器正常時,要斷開Q2,然后合空氣開關Qw合手動開關S,這時變頻器上電。絞車根據(jù)司機的命令發(fā)出“變頻器啟動”命令,1吸合,變頻器開始啟動。啟動完畢后,變頻器“啟動完畢”反饋信號接點閉合,風機正常啟動完畢。在PLC程序中,對反饋命令設置了一個6s的延時,即如果PLC發(fā)出“變頻器啟動”命令6s以后,未得到變頻器“啟動完畢”。
反饋信號,則會發(fā)出風機故障的信號,并閉鎖絞車,這時有可能是K2故障或變頻器產(chǎn)生故障。
變頻器發(fā)生故障情況下的風機啟動當變頻器發(fā)生故障不能正常運行時,這時風機的控制方式恢復到原來方式,啟動順序如下:首先要把風門的開度調(diào)節(jié)到15%以下,合刀閘Q2,然后合空氣開關Qi,最后合開關Si,這時電動機全壓啟動。Si的設置就是為了在變頻器損壞時,能夠使風機正常啟動。同時刀閘Q2所帶的輔助點信號輸入到PLC,PLC檢測到這個信號,就會屏蔽檢測變頻器“啟動完畢”信號,僅僅檢測Ki的輔助接點。
在主電機的定子和轉子中廠家預埋了N00測溫電阻。利用S7400PLC的模擬量輸入模塊,可以很容易檢測到電動機實際溫度,利用變頻器的外部頻率跟定功能,就可以實現(xiàn)頻率隨檢測到的電動機實際溫度自動調(diào)節(jié),實現(xiàn)方法如下:把PLC中1個模擬量輸出接點與變頻器的外部頻率給定接點連接,并把變頻器的頻率給定信號設置為4流信號,同時把連接的PLC模擬量輸出接點輸出信號也設置為4 ~20mA信號。根據(jù)鮑店煤礦主電機的絕緣為B級絕緣在PLC程序中設置當溫度高于100C時,PLC模擬量輸出接點輸出18mA信號,即風機以88%的速度運行;當主電機溫度低于20°C時,PLC模擬量輸出接點輸出6mA信號,即風機以12%的速度運行,在20~100C風機電動機的速度(以%表示)分成5個段,如所示。
速度圖速度沒有設置成隨主電機溫度成比例的變化,主要原因是主電機溫度隨時在變化,如果不分段,則風機電動機的轉速時刻在變化,對電動機的安全運行不利,所以把風機運行速度按照溫度范圍分成段。
?。?)保護功能①風機的狀態(tài)監(jiān)控首先接觸器Ki的吸合狀態(tài)要傳入到PLC,同時變頻器的啟動反饋信號也要傳入到PLC,這2個信號正常,系統(tǒng)才認為通風系統(tǒng)正常。
在變頻器損壞的情況下,系統(tǒng)就只是檢測R的狀態(tài)。
絞車如果在提升過程中檢測到了風機故障,在溫度不超過115C時,允許本次提升完成,然后閉鎖絞車直到故障處理完畢。
?、谔嵘龣C主電機溫度保護設置當主電機溫度超過115C時,控制系統(tǒng)就會產(chǎn)生電氣制動,防止提升機主電機超溫產(chǎn)生其他的事故。
4運行效果從投入運行以來,效果十分明顯,主要有以下特點:徹底解決了風機啟動電流大的問題,解除了啟動電流對電動機的沖擊;強了系統(tǒng)的安全性,有效地控制了提升機主電機溫度的變化;基本是免維護運行,降低了工人的勞動強度;降低了主風機運行時產(chǎn)生的噪音,減少了噪音對工人的危害。
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