變頻調(diào)速器在起重機(jī)操縱系統(tǒng)的運用

在中國各種礦山開采中，卷揚機(jī)升降機(jī)廣泛選用串電阻器調(diào)速。這套設(shè)備存在著許多缺點，比如設(shè)備故障率高、維護(hù)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(shù)實力，提升生產(chǎn)量，我企業(yè)研發(fā)了金礦石月起重機(jī)變頻式操縱系統(tǒng),建筑卷揚機(jī)。

一、原起重機(jī)系統(tǒng)介紹

原起重機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵由主軸軸承設(shè)備、減速器、纏線式電機(jī)、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(qū)動力制動柜、電阻柜等構(gòu)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(jī)正反轉(zhuǎn)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(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻值來保持的。其優(yōu)勢表現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備抱閘制動層面。該抱閘設(shè)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(gòu)成繁雜，容積巨大、實際操作繁雜、設(shè)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(dá)數(shù)百條；電阻經(jīng)常損壞，電機(jī)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(hù)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(jī)系統(tǒng)為有級變調(diào)速，動態(tài)性速度變化不穩(wěn)定、調(diào)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(jī)器設(shè)備損壞。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)低速檔運行中，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率大，相對應(yīng)的轉(zhuǎn)差輸出功率徹底轉(zhuǎn)換為熱量消耗掉。因此，該系統(tǒng)僅僅一種規(guī)模不經(jīng)濟(jì)、高損耗的調(diào)速設(shè)備?,電動卷揚機(jī)。

我們知道，針對溝通交流電機(jī)調(diào)速而言，更改電源電壓、電源頻率或電機(jī)的極對數(shù)均可更改電機(jī)轉(zhuǎn)速比。而對原系統(tǒng)，電機(jī)極少數(shù)和增加于電機(jī)定子側(cè)的電源頻率均不會改變，因而，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也不會改變，所說調(diào)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(jī)電傳動控制的穩(wěn)定調(diào)速精密度大幅度降低與此同時，因為串入電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子控制回路的電阻阻值不可以無極轉(zhuǎn)變，因此不能完成光滑調(diào)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(jī)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(jī)變頻式操縱系統(tǒng)介紹

變頻式調(diào)速是現(xiàn)階段溝通交流異步電機(jī)最理想化的調(diào)速方法，它仿真模擬直流電電機(jī)的調(diào)速方式，并考慮了電機(jī)動態(tài)性能規(guī)定，具備無極調(diào)速、回應(yīng)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(diào)速器在冶金工業(yè)、礦山開采等領(lǐng)域的都還沒發(fā)展出應(yīng)該有的運用，特別是煤礦起重機(jī)提升設(shè)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(zé)任公司協(xié)作，研發(fā)了“起重機(jī)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(jī)變頻式操縱系統(tǒng)”由變頻柜(包含變頻調(diào)速器、釋放模塊、釋放電阻器)、操控臺等構(gòu)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(jī)械設(shè)備的使用良好習(xí)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(jī)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(jī)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(jī)抱閘設(shè)備，做為安全防范措施。

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

“起重機(jī)變頻式操縱系統(tǒng)”的創(chuàng)新點之一是在起重機(jī)系統(tǒng)中使用了釋放模塊，該設(shè)備包含開關(guān)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(hù)電路、IGBT光耦電路及IGBT功率模塊等。設(shè)備外接設(shè)備調(diào)整旋紐，能用來調(diào)整釋放的閾值工作電壓和釋放速率。設(shè)備各自與變頻調(diào)速器和釋放電阻器聯(lián)接。在其中釋放電阻的大小直接關(guān)系釋放速率。

“起重機(jī)變頻式操縱系統(tǒng)”的另一技術(shù)革新點便是在伺服驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)置了“PLC”作用，進(jìn)而能夠靈便操縱液壓機(jī)抱閘設(shè)備，使之進(jìn)行放寬、抱閘和適當(dāng)抱閘等不一樣實際操作作用。這里，液壓機(jī)抱閘設(shè)備為原系統(tǒng)常用，其機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性早就獲得確認(rèn)。

工作臺在外觀設(shè)計上維持了原先設(shè)計風(fēng)格，但內(nèi)控制度系統(tǒng)和外界標(biāo)示均為全新升級設(shè)計方案。實際操作再次延用之前習(xí)慣性，主令電源開關(guān)手柄改成無極調(diào)速手柄，用以動態(tài)性調(diào)速。此外，加設(shè)了“應(yīng)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(dāng)變頻調(diào)速器發(fā)生故障時，系統(tǒng)全自動導(dǎo)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(yīng)急制動”按鍵能夠應(yīng)急制動；假如“應(yīng)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(shè)備，進(jìn)而做到最可靠的制動。

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

2.1 實現(xiàn)了電動機(jī)的軟起動。

2.2 實現(xiàn)了無極光滑調(diào)速，可在靜態(tài)數(shù)據(jù)或動態(tài)性隨意調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速比。

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

2.4回應(yīng)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(jī)械設(shè)備制動、安全保護(hù)為一體，提高了機(jī)器設(shè)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(yīng)用

起重機(jī)變頻式操縱系統(tǒng)的使用應(yīng)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(guān)(即R、S、T鍵入進(jìn)線開關(guān))，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(yīng)拔到“關(guān)”的部位，調(diào)速手柄調(diào)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(diào)速器的“運行”按鍵，顯示器顯示已為“0”。這時“開關(guān)電源標(biāo)示”燈、“抱閘標(biāo)示”燈亮了。

3.4得出方位數(shù)據(jù)信號(即順轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)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(diào)速手柄。這時，變頻調(diào)速器導(dǎo)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(yù)設(shè)值，則系統(tǒng)全自動抱閘運作(即電機(jī)匝間運作)，制動手柄失靈。而當(dāng)輸出頻率超過F18預(yù)設(shè)值時，“全自動抱閘”設(shè)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(jī)進(jìn)到正常運轉(zhuǎn)操縱情況.

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

3.6 當(dāng)軟啟動器產(chǎn)生“OC”(過電流)、“OE”(過電壓)、“OL”(負(fù)載)等維護(hù)時，變頻調(diào)速器關(guān)閉導(dǎo)出，系統(tǒng)全自動抱閘制動..這時，應(yīng)先制動手柄和調(diào)速手柄修復(fù)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(zhǔn)”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(fù)運作，不然，再次處在維護(hù)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(shè)定就是為了提示作業(yè)者不要忘了將制動手柄和調(diào)速手柄校準(zhǔn)。

3.7 “釋放減振”旋紐放置“開”部位時，當(dāng)承重下發(fā)全過程電機(jī)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(dāng)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(yīng)急制動”按鍵或“十分制動”按鍵，或是立即關(guān)閉電控鎖(也可以斷開全部系統(tǒng)總開關(guān)電源)，就可以運行抱閘設(shè)備，系統(tǒng)處在“徹底抱閘”情況，進(jìn)而確保自身和設(shè)備安全。

3.9.1 調(diào)整運作手柄的運行頻率：當(dāng)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(guān)上接線端子排V2、V3間工作電壓，將F19功能碼設(shè)成該值；當(dāng)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(guān)上接線端子排V2、V3間工作電壓，將F20功能碼設(shè)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(dāng)挑選降速停車時，可根據(jù)F15功能碼的設(shè)置明確減速時間。

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

四、系統(tǒng)的使用效果

因為“起重機(jī)變頻式操縱系統(tǒng)”運用當(dāng)代微電子技術(shù)控制系統(tǒng)和電力電子學(xué)，選用室內(nèi)空間工作電壓閉環(huán)控制方法，使溝通交流電機(jī)調(diào)速贏得了質(zhì)的飛躍，擺脫了原調(diào)速方法的許多缺陷，根據(jù)對本工程項目的測評，省電率達(dá)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(jī)升降機(jī)，裝機(jī)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(jì)收益55.8萬余元。如將全國各地礦山開采升降機(jī)用的串電阻器調(diào)速都改成變頻式調(diào)速，那樣，每一年僅省電一項就可完成經(jīng)濟(jì)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(jī)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(nèi)營銷推廣該系統(tǒng)對提升公司的經(jīng)濟(jì)收益、促進(jìn)整體時代的科學(xué)技術(shù)和工藝水平的提升都是有十分重要的意義。