变频调速器在龙门抓上的应用

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厂输煤系统使用的是5T龙门式装卸桥，跨度为40.5m，抓斗的提升、开闭机构由二台45KW绕线式异步电动机驱动，小车行走机构分别由二台22KW绕线式异步电动机驱动，大车行走机构分别由二台11KW绕线式异步电动机驱动。在抓斗的提升、开闭，大车及小车前进、后退的传动控制过程中，为了确保机械设备运行的平稳性，采用了绕线式异步电动机转子串接电阻的调速方式。在多年的使用过程中发现该控制方式中存在着很多难以解决的问题，比如调速性能差、接触器动作频繁致使经常更换接触器、串接电阻故障多、操作不规范造成电气回路及机械部件损坏等。
一、问题的提出
经现场实地查看，发现，该5T龙门式装卸桥的抓斗的提升、开闭以及小车的前进后退的调速性能均较差，而且使用按扭控制起停、主令开关设定速度段，这样就会有两种情况：1.绕线式异步电动机一起动很快达到设定的电机最大转速，速度太高以及变化太快容易造成电器、机械部件的损坏；2.如设定速度低则会延长等待时间，使生产效率降低。另外，针对抓斗的提升及下放也存在一些潜在的问题，即：当抓斗提升，但在空中停车再起动时，有可能致使抓斗出现“溜车”现象（轻微下滑），这时电机工作在反接制动状态，但是制动转矩小于负载转矩，电机电流非常大。当下放抓斗时，电机在重力与电动转矩的作用下以极快的速度运行在第四象限，电机工作在回馈制动状态，转速大于同步转速，停车时（抱闸），由于抓斗的惯性及下降速度太快停车效果差，非常危险。针对上述问题，现要采用变频调速技术予以解决。
二、抓斗的提升、开闭变频控制
     抓斗有两台电机控制即抓斗开合电机、抓斗提升电机。抓斗抓煤时，仅有开合电机运转，抓满煤开始提升时，提升和开合两台电机均要工作，相互间需要有速度配合才可使系统稳定可靠运行。根据以往制作类似提升、下放重物变频控制装置的经验及查阅ABB公司起重专用变频器的相关技术资料，变频器采用制动单元和制动电阻后能够提供100%的制动转矩，使抓斗下放时，电机工作在制动状态，变频器的制动单元能够完全吸收掉这部分能量使电机稳定工作在第四象限，且转速连续可调。这些通过调整开合电机变频器及提升电机变频器的频率、
加速时间，使之相互配合，调整方便。
抓斗的提升、开闭机构采用SIEMENS S7-200系列PLC控制，其输入、输出均由继电器进行隔离。采用PLC控制后使系统的维护量大大减少，修改或调整控制关系灵活、方便。
三、大车、小车运行机构变频控制
    该系统的大车、小车运行机构基本象似，都是由两台电机控制，只是电机的功率不一样，对两台电机分别采用两台相同的西门子MASTER DRIVES系列矢量控制型变频器进行起动及速度控制。由于两台电机是驱动的同一负载，为保证两台电机的同步运行，每台变频器均配置一块TSY型同步板来实现同步控制。每台变频器还需要加装直流母线上的制动单元实现四象限运行。
采用变频器调速时，每台变频器分别单独供电。设定一台变频器为启动变频器，另一台为工作变频器，两台变频器设置参数完全一致，在SIEMENS PLC （S7-200系列）的控制下，绕线电机的转子短接接触器吸合。在接受到起动按扭发出的起动命令及速度信号后，两台变频器同步工作，当需要快速停车或反向运转时，两台电机的能量回馈通过制动单元释放，达到快速起停的目的。
四、其 它
   原转子串接电阻调速方式的控制装置的电源和控制部分回路保持不变，变频控制与原控制系统可通过转换开关相互切换。四台变频器均采用矢量型变频器并配以制动单元、制动电阻以确保在机械失灵的情况下人身及设备的安全。由于变频器调速属高效调速系统，运行效率高，调速灵活、方便，系统反应速度快，所以采用变频器控制并没有影响龙门抓的抓煤量。
五、小 结
该系统经改造后运行近一年来，未出现电器或机械部件损坏，操作简便，减少了操作人员操作强度，为我公司带来了可观的经济效益。需要补充的是如果有条件的话可在抓斗控制机械制动回路增加变频器故障跳闸联锁，变频器一旦故障机械制动立即动作，使之停车，这样龙门抓的运行可靠性将会得到大大提高。

参考文献：
[1]. ABB公司. 《ABB变频器操作手册（提升宏）》 2001年
[2]. SIEMENS公司.《SIEMENS MASTER DRIVE 变频器使用手册》2001年
[3]. 王占奎 编.《变频调速应用百例》，科学出版社，1999年