VACON变频器低频制动电源在矿井提升行业又添业绩

    近日,太原合力汇华工业电气有限公司为河北邢台某铁矿提供一台VACON变频器,为矿井提升机提供低频制动电源,满足矿井提升机在低速段安全、可靠、平稳的运行需求,低频制动电源在高压矿井提升机改造中获得了广泛的应用。

    矿井提升电机优越的制动性能的可以使提升机获得平稳、安全、可靠的制动运行状态,避免严重的机械磨损,防止较大的机械冲击,减少机械部分维修的工作量,延长提升机械的使用寿命。随着矿井提升系统自动化,改善提升系统的性能,以及提高提升设备的提升能力等的要求,对矿井交流高压电机制动的要求也越来越高。传统的矿井提升机的制动,几乎都采用动力制动或低频发电机制动的方式,动力制动方式只能解决制动问题,不能较好地解决爬行问题,低频发电机虽然可以较好地解决上述问题,其整个控制系统比较复杂,使用的设备也比较多,给系统的维护和检修带来了一定的不便。
    普通的变频器虽然可以输出较低的频率,但其系统的建模和设计都是针对低压电机的,所以其输出频率和输出电压间始终存在一定的比例关系,因此将其直接使用在矿井提升电机的低频制动和爬行中,也将造成在刚开始低频投入时,变频器的输出电压太高,制动力矩太大,这时电机的发电状态所反馈回变频器的能量也较大,如果变频器的制动电阻选择得不太恰当,也将造成变频器过压的危险,长时间使用,将导致变频器的直流桥电容烧毁,同时在较低的频率爬行时,由于其为了兼顾制动,将导致爬行时电机的力矩较小。
    芬兰瓦萨控制系统有限公司的Vacon变频器开放式编程平台,模拟低频发电机系统的运行方式,采用特殊的软件编程,达到了在整个制动和爬行阶段,变频器的输出频率都保持不变,根据预先设置的制动曲线和实际的运行速度,直接控制变频器的输出电压,达到了理想的制动效果。采用该特殊软件的低频系统,也能在低频爬行时输出较高的电压,并且还兼顾脚踏、验绳等功能,完全满足了矿井提升机的要求。采用该特殊软件的低频变频系统,系统可靠,调试方便,维护和操作简单,具有极大的使用和推广价值。
2.系统的控制方式
    变频器的输入信号有模拟电压输入,正转、反转信号输入,低频电压输出信号,低频爬行信号,脚踏信号输入,以及故障复位输入。
    该系统的控制方式分为闭环控制,开环控制,以下将逐一介绍变频器的实际控制方式。
2.1 闭环控制
    闭环控制应用在低频制动阶段,此时变频器的模拟输入信号为高压电机的模拟速度信号,正、反转信号之一闭合,低频电压输出信号闭合,其他信号断开。变频器将根据低频电压输出信号闭合瞬间,模拟电压输入信号的值折算为高压电机高压断开时的瞬间速度,以及预先设置的减速曲线斜率和制动时间,生成高压电机低频制动时的速度曲线,在保持频率不变的情况下,根据实际的速度反馈和生产的速度曲线,控制变频器的输出电压,达到良好的制动效果。
2.2 开环控制
    开环控制方式分为低频爬行,脚踏制动和脚踏验绳方式。
    低频爬行方式:低频爬行是在低频制动完成,达到爬行点速度后,低频爬行信号输入,低频制动完成,变频器根据预先设定的低频电压输出。
    脚踏制动方式和脚踏验绳方式:在该两种方式下,变频器的输出电压都跟踏板带动的自整脚机输出的信号成比例,由司机确定变频器需要输出的低频电压。
3.低频运行系统控制原理
    本文所采用的Vacon变频器,根据提升机低频制动的特殊要求内置了特殊的应用宏。该特殊应用软件的低频输出频率可以在变频器的面板上直接设置,输出电压根据提升机的运行和外部信号输入,自动调节变频器的输出电压。
实际运行时,当提升机高压投入,根据提升机的运行方向输入正、反转运行信号,此时变频器根据面板设置的频率,输出所需的低频频率,低频电压输出处于“等待”状态,输出电压值为1V左右,同时变频器根据模拟电压的输入值,实时记录和监视高压电机的速度,当高压断开瞬间,低频输出信号输入(DIA3闭合),变频器将根据此瞬间记录的高压电机速度,生成高压电机低频制动到爬行速度的速度曲线,变频器输出端交流接触器将再延时0.5秒左右后闭合,变频器输出的低频电压开始接入高压电机。由于刚开始时变频器生成的制动曲线和电机的实际速度相差较小,变频器输出的电压也较低,制动反馈的能量也较小。同时外部的速度检测器也将根据提升机的实际速度,逐级切除高压电机转子上的电阻,确保具有足够的制动力矩。制动阶段,变频器将实时检测和监视高压电机的速度,根据所生成的制动曲线和实际速度之间的偏差,模拟低频发电机制动系统的运行状态,调节变频器输出的低频电压。
    当高压电机的制动速度达到爬行速度时,爬行信号(DIB4)输入,变频器将根据预先设置的爬行电压,直接输出爬行所需低频电压。
脚踏制动和脚踏验绳方式时,变频器的低频频率也始终保持变频,低频输出电压将根据模拟电压输入值的大小成比例输出,达到所需的制动和爬行力矩。

    4.应用及其优点
    采用该低频制动方式后,与以前的动力制动和低频发电机制动相比,该系统具有如下优点:
(1) 提升效率提高,由于制动所需时间大为缩小,所以可以提高系统的运行效率;
(2) 系统运行安全可靠,转爬行速度平稳。由于该变频器的硬件为通用的变频器硬件,同时低频制动投入时,变频器的输出电压从1V开始,根据预先生成的曲线和实际运行速度,缓慢提高,使低频投入瞬间对变频器和机械的冲击都大为缩小,因此提高了系统运行的可靠性。Vacon变频器的安全500000小时运行,也提高系统运行的安全和可靠性。从曲线中可以看出,其制动曲线非常平滑,转爬行无任何冲击。
(3) 维修调试方便,推广容易。该变频器内置的特殊软件是根据提升机的实际运行工矿特殊设计,因此对于不同的提升机系统,只需根据前述方式接线后,设置所需的参数即可。因此系统维修调试方便,推广容易。
(4) 减少了系统改造的成本。由于该系统的变频器为通用的变频器,因此系统的改造成本较低。


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