變頻技術(shù)在主風(fēng)機上的應(yīng)用
礦井提升機主電機的冷卻至關(guān)重要，如果主電機冷卻系統(tǒng)設(shè)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(fēng)量調(diào)節(jié)大都采用風(fēng)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(yīng)。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(shù)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(fēng)機，利用調(diào)節(jié)風(fēng)門開度的大小來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)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(fēng)機啟動時，如果風(fēng)門的開度在15%以上，風(fēng)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(fēng)機時忘記關(guān)閉調(diào)節(jié)風(fēng)門，導(dǎo)致啟動電流過大，電動機燒毀事故的發(fā)生。但主風(fēng)機位于車房的底層，調(diào)節(jié)起來不是很方便。
風(fēng)機效率非常低風(fēng)機負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比。在風(fēng)門控制風(fēng)量的系統(tǒng)中，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速是不變的，所以其電效率非常低，根據(jù)風(fēng)機實際運行情況來看，60%~70%的電能都消耗在調(diào)節(jié)風(fēng)門及管網(wǎng)壓降上，造成電能資源的浪費。
風(fēng)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(fēng)量不同。如果一直把風(fēng)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(fēng)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(shù)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(zhuǎn)矩控制。變頻器產(chǎn)品己經(jīng)系列化，性能非?？煽?，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過論證，決定去掉調(diào)節(jié)風(fēng)門，由變頻器驅(qū)動主風(fēng)機電動機，通過調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量。并將風(fēng)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(fēng)機狀態(tài)的實時監(jiān)控以及風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)。結(jié)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(guān)，K，為接觸器，Q2為刀閘開關(guān)，K2為繼電器，S，為普通開關(guān)。
動力系統(tǒng)接線系統(tǒng)的功能風(fēng)機的啟動不再是全壓啟動，而是在變頻器中設(shè)定了電動機啟動曲線，電動機將按照設(shè)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(guān)Qw合手動開關(guān)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(fēng)機正常啟動完畢。在PLC程序中，對反饋命令設(shè)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(fēng)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(fēng)機啟動當變頻器發(fā)生故障不能正常運行時，這時風(fēng)機的控制方式恢復(fù)到原來方式，啟動順序如下：首先要把風(fēng)門的開度調(diào)節(jié)到15%以下，合刀閘Q2，然后合空氣開關(guān)Qi，最后合開關(guān)Si，這時電動機全壓啟動。Si的設(shè)置就是為了在變頻器損壞時，能夠使風(fēng)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(zhuǎn)子中廠家預(yù)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(shè)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(shè)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(shè)置當溫度高于100C時，PLC模擬量輸出接點輸出18mA信號，即風(fēng)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(fēng)機以12%的速度運行，在20~100C風(fēng)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(shè)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(fēng)機電動機的轉(zhuǎn)速時刻在變化，對電動機的安全運行不利，所以把風(fēng)機運行速度按照溫度范圍分成段。
（5）保護功能①風(fēng)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(fēng)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(fēng)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。
②提升機主電機溫度保護設(shè)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(fēng)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(fēng)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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