VACON變頻器低頻制動電源在礦井提升行業(yè)又添業(yè)績
近日，太原合力匯華工業(yè)電氣有限公司為河北邢臺某鐵礦提供一臺VACON變頻器，為礦井提升機(jī)提供低頻制動電源，滿足礦井提升機(jī)在低速段安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行需求，低頻制動電源在高壓礦井提升機(jī)改造中獲得了廣泛的應(yīng)用。
礦井提升電機(jī)優(yōu)越的制動性能的可以使提升機(jī)獲得平穩(wěn)、安全、可靠的制動運(yùn)行狀態(tài)，避免嚴(yán)重的機(jī)械磨損，防止較大的機(jī)械沖擊，減少機(jī)械部分維修的工作量，延長提升機(jī)械的使用壽命。隨著礦井提升系統(tǒng)自動化，改善提升系統(tǒng)的性能，以及提高提升設(shè)備的提升能力等的要求，對礦井交流高壓電機(jī)制動的要求也越來越高。傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)的制動，幾乎都采用動力制動或低頻發(fā)電機(jī)制動的方式，動力制動方式只能解決制動問題，不能較好地解決爬行問題，低頻發(fā)電機(jī)雖然可以較好地解決上述問題，其整個控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用的設(shè)備也比較多，給系統(tǒng)的維護(hù)和檢修帶來了一定的不便。
普通的變頻器雖然可以輸出較低的頻率，但其系統(tǒng)的建模和設(shè)計都是針對低壓電機(jī)的，所以其輸出頻率和輸出電壓間始終存在一定的比例關(guān)系，因此將其直接使用在礦井提升電機(jī)的低頻制動和爬行中，也將造成在剛開始低頻投入時，變頻器的輸出電壓太高，制動力矩太大，這時電機(jī)的發(fā)電狀態(tài)所反饋回變頻器的能量也較大，如果變頻器的制動電阻選擇得不太恰當(dāng)，也將造成變頻器過壓的危險，長時間使用，將導(dǎo)致變頻器的直流橋電容燒毀，同時在較低的頻率爬行時，由于其為了兼顧制動，將導(dǎo)致爬行時電機(jī)的力矩較小。
芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司的Vacon變頻器開放式編程平臺，模擬低頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，采用特殊的軟件編程，達(dá)到了在整個制動和爬行階段，變頻器的輸出頻率都保持不變，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的制動曲線和實際的運(yùn)行速度，直接控制變頻器的輸出電壓，達(dá)到了理想的制動效果。采用該特殊軟件的低頻系統(tǒng)，也能在低頻爬行時輸出較高的電壓，并且還兼顧腳踏、驗繩等功能，完全滿足了礦井提升機(jī)的要求。采用該特殊軟件的低頻變頻系統(tǒng)，系統(tǒng)可靠，調(diào)試方便，維護(hù)和操作簡單，具有極大的使用和推廣價值。
2．系統(tǒng)的控制方式
變頻器的輸入信號有模擬電壓輸入，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)信號輸入，低頻電壓輸出信號，低頻爬行信號，腳踏信號輸入，以及故障復(fù)位輸入。
該系統(tǒng)的控制方式分為閉環(huán)控制，開環(huán)控制，以下將逐一介紹變頻器的實際控制方式。
2.1 閉環(huán)控制
閉環(huán)控制應(yīng)用在低頻制動階段，此時變頻器的模擬輸入信號為高壓電機(jī)的模擬速度信號，正、反轉(zhuǎn)信號之一閉合，低頻電壓輸出信號閉合，其他信號斷開。變頻器將根據(jù)低頻電壓輸出信號閉合瞬間，模擬電壓輸入信號的值折算為高壓電機(jī)高壓斷開時的瞬間速度，以及預(yù)先設(shè)置的減速曲線斜率和制動時間，生成高壓電機(jī)低頻制動時的速度曲線，在保持頻率不變的情況下，根據(jù)實際的速度反饋和生產(chǎn)的速度曲線，控制變頻器的輸出電壓，達(dá)到良好的制動效果。
2.2 開環(huán)控制
開環(huán)控制方式分為低頻爬行，腳踏制動和腳踏驗繩方式。
低頻爬行方式：低頻爬行是在低頻制動完成，達(dá)到爬行點速度后，低頻爬行信號輸入，低頻制動完成，變頻器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的低頻電壓輸出。
腳踏制動方式和腳踏驗繩方式：在該兩種方式下，變頻器的輸出電壓都跟踏板帶動的自整腳機(jī)輸出的信號成比例，由司機(jī)確定變頻器需要輸出的低頻電壓。
3．低頻運(yùn)行系統(tǒng)控制原理
本文所采用的Vacon變頻器，根據(jù)提升機(jī)低頻制動的特殊要求內(nèi)置了特殊的應(yīng)用宏。該特殊應(yīng)用軟件的低頻輸出頻率可以在變頻器的面板上直接設(shè)置，輸出電壓根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行和外部信號輸入，自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出電壓。
實際運(yùn)行時，當(dāng)提升機(jī)高壓投入，根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行方向輸入正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號，此時變頻器根據(jù)面板設(shè)置的頻率，輸出所需的低頻頻率，低頻電壓輸出處于“等待”狀態(tài)，輸出電壓值為1V左右，同時變頻器根據(jù)模擬電壓的輸入值，實時記錄和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，當(dāng)高壓斷開瞬間，低頻輸出信號輸入（DIA3閉合），變頻器將根據(jù)此瞬間記錄的高壓電機(jī)速度，生成高壓電機(jī)低頻制動到爬行速度的速度曲線，變頻器輸出端交流接觸器將再延時0.5秒左右后閉合，變頻器輸出的低頻電壓開始接入高壓電機(jī)。由于剛開始時變頻器生成的制動曲線和電機(jī)的實際速度相差較小，變頻器輸出的電壓也較低，制動反饋的能量也較小。同時外部的速度檢測器也將根據(jù)提升機(jī)的實際速度，逐級切除高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電阻，確保具有足夠的制動力矩。制動階段，變頻器將實時檢測和監(jiān)視高壓電機(jī)的速度，根據(jù)所生成的制動曲線和實際速度之間的偏差，模擬低頻發(fā)電機(jī)制動系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)變頻器輸出的低頻電壓。
當(dāng)高壓電機(jī)的制動速度達(dá)到爬行速度時，爬行信號（DIB4）輸入，變頻器將根據(jù)預(yù)先設(shè)置的爬行電壓，直接輸出爬行所需低頻電壓。
腳踏制動和腳踏驗繩方式時，變頻器的低頻頻率也始終保持變頻，低頻輸出電壓將根據(jù)模擬電壓輸入值的大小成比例輸出，達(dá)到所需的制動和爬行力矩。
4．應(yīng)用及其優(yōu)點
采用該低頻制動方式后，與以前的動力制動和低頻發(fā)電機(jī)制動相比，該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：
（1） 提升效率提高，由于制動所需時間大為縮小，所以可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率；
（2） 系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，轉(zhuǎn)爬行速度平穩(wěn)。由于該變頻器的硬件為通用的變頻器硬件，同時低頻制動投入時，變頻器的輸出電壓從1V開始，根據(jù)預(yù)先生成的曲線和實際運(yùn)行速度，緩慢提高，使低頻投入瞬間對變頻器和機(jī)械的沖擊都大為縮小，因此提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。Vacon變頻器的安全500000小時運(yùn)行，也提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全和可靠性。從曲線中可以看出，其制動曲線非常平滑，轉(zhuǎn)爬行無任何沖擊。
（3） 維修調(diào)試方便，推廣容易。該變頻器內(nèi)置的特殊軟件是根據(jù)提升機(jī)的實際運(yùn)行工礦特殊設(shè)計，因此對于不同的提升機(jī)系統(tǒng)，只需根據(jù)前述方式接線后，設(shè)置所需的參數(shù)即可。因此系統(tǒng)維修調(diào)試方便，推廣容易。
（4） 減少了系統(tǒng)改造的成本。由于該系統(tǒng)的變頻器為通用的變頻器，因此系統(tǒng)的改造成本較低。
