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、開閉機構(gòu)由二臺45KW繞線式異步電動機驅(qū)動，小車行走機構(gòu)分別由二臺22KW繞線式異步電動機驅(qū)動，大車行走機構(gòu)分別由二臺11KW繞線式異步電動機驅(qū)動。在抓斗的提升、開閉，大車及小車前進、后退的傳動控制過程中，為了確保機械設(shè)備運行的平穩(wěn)性，采用了繞線式異步電動機轉(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械部件損壞等。
一、問題的提出
經(jīng)現(xiàn)場實地查看，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，這樣就會有兩種情況：1.繞線式異步電動機一起動很快達到設(shè)定的電機最大轉(zhuǎn)速，速度太高以及變化太快容易造成電器、機械部件的損壞；2.如設(shè)定速度低則會延長等待時間，使生產(chǎn)效率降低。另外，針對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時，有可能致使抓斗出現(xiàn)“溜車”現(xiàn)象（輕微下滑），這時電機工作在反接制動狀態(tài)，但是制動轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，電機電流非常大。當(dāng)下放抓斗時，電機在重力與電動轉(zhuǎn)矩的作用下以極快的速度運行在第四象限，電機工作在回饋制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，停車時（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。針對上述問題，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
     抓斗有兩臺電機控制即抓斗開合電機、抓斗提升電機。抓斗抓煤時，僅有開合電機運轉(zhuǎn)，抓滿煤開始提升時，提升和開合兩臺電機均要工作，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，變頻器采用制動單元和制動電阻后能夠提供100%的制動轉(zhuǎn)矩，使抓斗下放時，電機工作在制動狀態(tài)，變頻器的制動單元能夠完全吸收掉這部分能量使電機穩(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)整開合電機變頻器及提升電機變頻器的頻率、
加速時間，使之相互配合，調(diào)整方便。
抓斗的提升、開閉機構(gòu)采用SIEMENS S7-200系列PLC控制，其輸入、輸出均由繼電器進行隔離。采用PLC控制后使系統(tǒng)的維護量大大減少，修改或調(diào)整控制關(guān)系靈活、方便。
三、大車、小車運行機構(gòu)變頻控制
    該系統(tǒng)的大車、小車運行機構(gòu)基本象似，都是由兩臺電機控制，只是電機的功率不一樣，對兩臺電機分別采用兩臺相同的西門子MASTER DRIVES系列矢量控制型變頻器進行起動及速度控制。由于兩臺電機是驅(qū)動的同一負載，為保證兩臺電機的同步運行，每臺變頻器均配置一塊TSY型同步板來實現(xiàn)同步控制。每臺變頻器還需要加裝直流母線上的制動單元實現(xiàn)四象限運行。
采用變頻器調(diào)速時，每臺變頻器分別單獨供電。設(shè)定一臺變頻器為啟動變頻器，另一臺為工作變頻器，兩臺變頻器設(shè)置參數(shù)完全一致，在SIEMENS PLC （S7-200系列）的控制下，繞線電機的轉(zhuǎn)子短接接觸器吸合。在接受到起動按扭發(fā)出的起動命令及速度信號后，兩臺變頻器同步工作，當(dāng)需要快速停車或反向運轉(zhuǎn)時，兩臺電機的能量回饋通過制動單元釋放，達到快速起停的目的。
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。四臺變頻器均采用矢量型變頻器并配以制動單元、制動電阻以確保在機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)改造后運行近一年來，未出現(xiàn)電器或機械部件損壞，操作簡便，減少了操作人員操作強度，為我公司帶來了可觀的經(jīng)濟效益。需要補充的是如果有條件的話可在抓斗控制機械制動回路增加變頻器故障跳閘聯(lián)鎖，變頻器一旦故障機械制動立即動作，使之停車，這樣龍門抓的運行可靠性將會得到大大提高。

參考文獻：
[1]. ABB公司. 《ABB變頻器操作手冊（提升宏）》 2001年
[2]. SIEMENS公司.《SIEMENS MASTER DRIVE 變頻器使用手冊》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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