迈凯诺KE300A变频器在矿井绞车的应用

迈凯诺KE300A变频器在矿井绞车的应用

       摘  要:本文主要介绍提升机专用变频器在矿井绞车上的应用。变频电控系统是对矿井绞车提升机构原有的绕线式电机转子串电阻调速控制方式进行升级改造的电气系统,采用迈凯诺公司KE300A-06提升机专用变频器对矿井绞车进行变频控制,同时采用能耗制动装置将矿井绞车再生发电状态下产生的再生能量进行电阻消耗。


一、引言


       矿井绞车是采煤生产过程中的重要环节,井下各工作面采掘下来的煤或矸石,由运输设备经井下巷道运到井底车场,然后再由提升设备提至地面。人员的升降,材料、设备的输送都需要通过提升设备来完成。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽,“绞车是矿井的咽喉”形象的描述了矿井提升的重要作用。

矿井绞车机图1.jpg


二、矿井绞车电气传动要求


       1. 矿井绞车负载特性

重物上升时,电机需要克服各种阻力(包括重物的重力和摩擦力等),属于阻力负载。

       重物下放时,由于重物本身具有按照重力加速度下降的能力(位能),因此,当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时,重物本身的重力(位能)是下降的动力,电机成了能量的接受者,故属于动力负载。

       2、矿井绞车电机对驱动器的要求

       ①启动转矩大,调速特性好;

       ②过载能力强;

       ③低频时能输出较大转矩,悬挂时不能溜车;

       ④下放时,电机有较大再生能量产生,要求能够合理处理电机再生能量。

       3、矿井绞车传统控制系统缺点

       ①能耗大

       矿井绞车传统调速方式为绕线式电机转子串电阻调速。这种控制系统大量的转差功率消耗在转子串接的电阻上(一般情况下可占总能耗的30%以上),造成大量电能浪费,从节能和经济两方面来讲,都不可取。

       ②调速性能差

       转子串电阻调速方式属于有级调速,其转速的下降是通过转子外接电阻消耗能量来实现的。最重要的是转速越低,电机的机械特性越软,输出转矩越小。且有级调速对电机和机械设备的冲击大,设备运行不平稳,调速不连续,容易掉道,故障率高。对于煤矿24小时连续生产模式,经济损失大。

       ③系统可靠性差

       Ø  接触器频繁分、合(接触器在大电流情况下频繁分、合),经常造成接触器触点的烧结和线圈烧毁。

       Ø  保护措施不完善,易发生电动机烧毁的现象。

       Ø   制动器承受比较大的冲击,闸皮磨损严重,容易出现抱闸抱不紧,经常需检修、更换。

       ④维护成本高

       Ø  接触器、绕线式电机转子电刷、滑环经常需要维护、更换,费用较大。

       Ø  减速机、制动器受冲击大,经常需要维护。

       Ø  转子串电阻调速方式本身的特点最终导致的生产效率受到限制(经常出故障处于停机、维修状态)、维护工作量大、使用维修成本上升。

       4、矿井绞车变频电控系统的优势

       ²  变频器调速性能好,启动转矩大,机械特性硬、定位准确。

       ²  变频器运行平稳,对减速机、制动器的冲击小,减小设备的维护量,延长提升机的使用寿命。

       ²  使用变频器后,无需再使用接触器,同时绕线式电机也可以更改为鼠笼式电机使用,无需对电刷和滑环进行维护

       ²  变频器运行效率高,对电机和系统具有完善的保护、监测及自诊断功能,如再结合PLC控制,可大幅度提高矿井绞车电控系统的可靠性。



三. 项目改造方案


       1、现场设备概况

       七台河某煤矿井有一台矿井绞车,其绞车参数为:电机额定功率280KW、电机额定电压380V、电机额定频率50Hz、电机额定转速966r/min,电机控制方式:绕线式电机转子串电阻调速。


绞车现场设备.jpg


       2、变频器配置

       根据现场矿井绞车设备的负载特性、额定参数和实际运行工况,经研究、讨论确定为其改造设备配置如下变频回馈电控系统,其主要地参数如下:

项目

参数

数量

系统变频器

KE300A-06-350G-T4(350KW/650A/380V)

1台

能量制动单元

MDB-160-4(额定电流:80A,峰值电流:160A)

3台

制动电阻

5Ω, 70KW,

3套

直流抗器器

DCL-0800-050U-0.6A(350KW-380V(交流压降6.6V)

1台

       3、矿井绞车变频改造系统

       节能改造系统共有两个控制柜,由变频器、能量制动装置、PLC、接触器等部分组成,其具体功能概述如下:

       (1)、系统改造后提升电机的变频制动控制方式与原有的转子串电阻工频控制方式可以自由切换,两种控制方式切换相互电气联锁,保证系统工作的安全性。

       (2)、系统改造后保留矿井绞车原有的操作方式和习惯,即保留原有的凸轮控制器的档位控制和操作方式。这样,既不会影响矿井绞车操作员的正常操作,又保证了矿井绞车特种设备检验合格。

       (3)、提升机构的变频制动电控系统,具有短路、过电压、过电流、缺相、过载等多种保护功能,最大限度的保护矿井绞车的提升机构。

       (4)、系统采用变频器驱动提升机构电机,当电机拖动位能性负载下放时,电动机将处于再生发电状态。能量制动装置会将电机处于发电状态下的再生能量进行电阻消耗,保证变频系统正常工作,同时大大节约电能。

       n  系统原理示意图如下:

绞车原理图.jpg

       Ø  提升机控制系统给变频器正、反转开关量信号:当D1端与COM端闭合,则启动变频器正转(上升)运行,断开则停止变频器;当D2端与COM端闭合,则启动变频器反转(下降)运行,断开则停止变频器;

       Ø  提升机控制系统给变频器加速的开关量信号:当D3端与COM端闭合,则变频器加速运行。

       Ø  变频器给提升机控制系统反馈一个常开“抱闸输出”开关量信号。当变频器运行频率达到设定值后,才能让升降机控制系统松开起抱闸,保证不出现“溜钩”现象。同时关联变频器故障输出常闭信号,当出现故障时,能断开抱闸信号。

       4、现场图片

     



       四、KE300A-06变频器优势特点


       迈凯诺KE300A-06变频器在现场使用中,取得了效率高、故障率低等非常好的效果,得到客户的一致认可。总结优势如下:

       (1)、与传统的非调速升降机相比,乘坐舒适性大为提高。保证了抱闸器打开瞬间的舒适度及安全性,上行无“过冲”现象,下行瞬间无“失重感”。

       (2)、由于系统为低速制动,制动器相对转动摩擦小,大大延长制动器的使用寿命。

       (3)、低频转矩高。

       (4)、有效的解决了机构的传动冲击,延长了齿轮、滚轮、轴承、齿条的使用寿命。由于变频系统具有限流的功能,降低了电机启动时对电网的冲击电流,缓解了用电设备间的相互影响。

       (5)、变频调速系统具有完善安全保护功能。如欠压,过压、过转矩、过电流保护等,使整个电控系统可靠性、安全性得到保证。


六、结束语


       迈凯诺(Micno)KE300A-06变频器在矿井绞车的应用,实际上很好地解决了矿井绞车的控制问题。提高了煤矿行业的提升绞车设备的自动化水平,加快了煤矿行业的产业装备升级。并且采用变频器控制以后使系统控制更为简单,控制系统具有多重保护,保证了抱闸器打开瞬间的舒适度及安全性,上行无“过冲”现象,下行瞬间无“失重感”,使系统更加安全可靠。