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變頻調(diào)速技術(shù)在橋式螺旋卸車機上的應用1 引言 卸車機在焦化企業(yè)主要用來煤炭的卸車。焦化行業(yè)的卸車機,一臺設(shè)備每天卸煤量達2000多噸,使用頻繁,工作量巨大,而且工作條件惡劣(粉塵)。橋式卸車機能否正常工作直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和任務(wù)的完成,甚至關(guān)系到人身、設(shè)備的安全。2 問題的提出 我廠火車煤炭卸車機使用的橋式螺旋卸車機的拖動系統(tǒng)采用繞線式交流異步電動機,轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入多級外接電阻來分級調(diào)速,采用凸輪控制器、繼電器接觸器控制,這種調(diào)速方式實現(xiàn)簡單,但是存在諸多缺點:(1) 繞線型轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速機械特性軟,調(diào)速性能差;(2) 串電阻調(diào)速是一種有級調(diào)速方式,通過接觸器的分合完成對轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的切換,從而調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速,在進行電阻切換時會對電網(wǎng)及天車的機械部分帶來不可避免的沖擊;(3) 主回路中采用正反轉(zhuǎn)接觸器實現(xiàn)電機換向,實際操作中操作者為了調(diào)整橋式卸車機的工作狀態(tài),頻繁采用反接制動(俗稱打反車),切換電流大,接觸器和電機工作狀態(tài)惡劣,設(shè)備檢修維護費用非常高;(4) 卸車機起動、調(diào)速時轉(zhuǎn)子所串電阻為純耗能元件,浪費大量電能。另外,由于調(diào)速電阻的限制,調(diào)速范圍窄,起動轉(zhuǎn)矩小,延長了起動時間,影響生產(chǎn)效率;(5) 系統(tǒng)抱閘是在運動狀態(tài)下進行的,對制動器損壞很大,閘皮磨損嚴重。針對實際生產(chǎn)中存在的問題,決定對橋式卸車機實施由新型聯(lián)動控制臺、plc和高性能變頻調(diào)速裝置組成的整體技術(shù)改造解決方案。3 系統(tǒng)改造方案的實施3.1 系統(tǒng)的配置 包裝車間橋式卸車機的電氣傳動系統(tǒng)有大車電動機5.5kw2臺,升降電動機5.5kw1臺,螺旋電動機22kw2臺。實施的技術(shù)改造方案是大車兩臺電動機用一臺SHF-15-A變頻器驅(qū)動,實現(xiàn)同步運行,變頻器配置了能耗制動組件,實現(xiàn)位置勢能和制動能量的消耗??刂葡到y(tǒng)配置了siemens s7-200小型可編程序控制器構(gòu)成整個控制系統(tǒng)的中心,配置新型聯(lián)動控制臺替換原有凸輪控制器,實現(xiàn)系統(tǒng)運行操作。系統(tǒng)配置圖如圖1所示:圖1 系統(tǒng)配置圖 卸車機的電氣傳動控制系統(tǒng)主要由變頻器、西門子plc控制系統(tǒng)和聯(lián)動操作臺組成,通過plc控制系統(tǒng)處理聯(lián)動操作臺的速度給定信號,調(diào)節(jié)變頻器的輸出相序和頻率來控制驅(qū)動電機的方向和轉(zhuǎn)速,取代原來的傳統(tǒng)繞線型轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)。其中大車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2 大車車變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2控制系統(tǒng)的主要特點 (1) 原大車交流繞線異步電動機轉(zhuǎn)子中心點直接短接,所有轉(zhuǎn)子回路的電纜、電阻器、頻敏變阻器及接觸器全部取消。(2) 在行車上裝1個大車變頻plc控制柜一個,防護等級為ip54,制動電阻柜一個,不銹鋼柜實現(xiàn)了防腐、防潮、防塵目的,以適應防腐要求。(3) 變頻器選用日本三肯系列高性能變頻器。(4) plc選用siemens s7200系列,控制手柄向plc發(fā)出的開、停、快、慢、前進、后退等指令,相應的plc發(fā)出指令控制變頻器的正反轉(zhuǎn)和各種速度,以達到橋式卸車機的最佳控制狀態(tài)。(5) 變頻器產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩時,電機從負載接受機械能,將它變?yōu)殡娔芩腿胱冾l器,導致直流電壓升高,此時變頻器必須處理這部分能量,否則由于直流回路的電容被過充電,過壓保護動作將使其運轉(zhuǎn)停止,所以在變頻器直流回路中設(shè)置制動單元和制動電阻,將卸車機大車在制動過程中釋放出的能量消耗在制動電阻上。(6) plc根據(jù)控制程序、輸入控制信號及提升、下放、旋轉(zhuǎn)等指令,完成卸車機的各種工況的協(xié)調(diào)和控制。(7) 聯(lián)動控制臺有二個,多檔速度控制。大車聯(lián)動控制臺:大車獨立控制單手柄操作,具有前進快、中、慢三檔速度,后退快、中、慢三檔速度,以及停車等項功能。3.3系統(tǒng)故障保護和故障診斷主要特點 變頻器具備對電機和變頻器本身的完善保護功能,如過熱、過載、過流、過壓、缺相、接地等,從而避免設(shè)備在不正常狀態(tài)下長時間運行,保護設(shè)備不至于損壞。 故障信息除可以準確地指示故障點以外,還顯示導致故障的原因及排除故障的措施,極大地方便了維護人員排除故障。運行中發(fā)生故障停止運轉(zhuǎn)后復位操作也很簡單,只要在排除故障后按下故障復位就可以。4 改造后控制系統(tǒng)達到的實際效果(1) 采用變頻調(diào)速改造后,實現(xiàn)了平滑調(diào)速,且效率極高,與原有串電阻調(diào)速方式比較,起動更平穩(wěn)、定位更準確;(2) 系統(tǒng)由控制手柄來控制變頻器的輸出,調(diào)整電機轉(zhuǎn)速,操作方便,調(diào)速范圍寬,可任意設(shè)置運行速度;(3)大車起動、制動、加速、減速等過程更平穩(wěn)快速,定位更準確,節(jié)能效果明顯,根據(jù)測試節(jié)電率可達35%;(5) 控制回路簡單,實現(xiàn)了軟啟、軟停,對齒輪、電機無沖擊,故障率低,易于維護,大大減少維護費用;(6) 由于系統(tǒng)留有進一步功能擴展的接口,今后可根據(jù)實際需要擴展無線遙控、現(xiàn)場總線通訊等功能;(7) 從改造后投運的1線2臺橋式卸車機的狀況來看,很好的解決了電機的起動、停止時的沖擊電流,加上變頻器對電機的完善保護功能,極大的提高了

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