森兰ＳＢ７０变频器、自整角机与角位变送器 在矿用提升机上的应用 西北有色地质勘查局东塘子铅锌矿 陈保 希望森兰科技股份有限公司 车科尧 １ 概述 ２改造方桑 矿井提升机广泛用于煤矿、有色金属、黑色金属、非金 通过调研与论证，结合西北有色地质勘查局东塘子铅 属等矿山的竖井、斜井的提升，提升机系统用作提升矿物料 锌矿公司矿井提升的现场实际情况，最终决定对提升机实 及设备等。在整个生产过程中，提升机占有非常重要的地 施变频调速改造。利用在机械行业中广泛使用的自整角机 位。采矿生产是２４小时连续作业的，即使故障停机维护也 来作为控制变频器的速度给定。自整角机是通过角位移变 会给生产带来很大的损失。东塘子铅锌矿是西北有色金属 送器输出模拟量信号，操作工人搬动提升机操纵杆的角度， 地质勘探局下属的一个国营采矿单位，所用的矿井提升机 角位移变送器输出相应大小的模拟量信号，由此控制变频 系统采用传统的绕线式电机转子串电阻调速。电机是 器运行频率，进而控制提升的运行速度。这种操作方式还可 １８５ｋＷ绕线式６极电机，通过转子串电阻方式进行多档位 用变频器多段速控制，提升机只能在这几种速度下运行；而 切换进行调速。由于电器控制系统先天不足，经过多年的运 角位移变送器输出的是连续的角位移变送器输出模拟量信 行，经常出现故障停车，严重影响生产的正常进行。在采矿 号，理论上提升机可在任意速度下运行，操作起来会方便一 生产中，设备的安全可靠运行显得特别重要，为提高设备的 些，且与原操作习惯相似，操作工人容易掌握。 可靠性，矿用提升机的技术改造非常必要。 自整角机选择北京飞博尔电子有限公生产的ＦＢ９００Ｃ 变频调速是近年来发展起来的一门新兴的交流电机调 系列角位变送器。其主要特点是：高精度：可在一圈内输 速技术，利用改变被控制对象的电源频率，可实现了交流电 出２５６—６５５３６个绝对码，无温漂、时漂；可以测量高达３万 动机大范围无极平滑调速，并在运行过程中能随时根据用 圈；高可靠性：传感器的绝对位置和可靠的软件计圈技术， 户的需求调整速度，使提升机始终处于最佳运行状态，在整 保证了其高度可靠性；且没有光电码盘的易损、易受干扰 个调速范围内均有很高的效率，节能效果很明显。采用变频 之缺点；自整角机使用方便：即插即用，无须调整传感器 器对异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并 的零位，模块与传感器之间只需５根线，接线方便；功能 且经济效益非常明显，所以在工业控制方面得到了广泛应 强：该变送器即可以测量角度，也可以测量位置，具有角 用。 度与位置随意变换之功能。变送器具有的所有功能都由 ８ ６ 。 九＾匕蒋晓ｉ 年 ｉ鹞 ｌ ＦＢ９００Ｃ编程器设定。 变频器选用希望森兰科技股份有限公司生产的 ＳＢ７０Ｇ２５０ＫＷ高性能矢量控制变频器。森兰ＳＢ７０变频器器 的主要特点是集成高精度转子磁场定向矢量控制算法，具 有２５０％瞬时转矩控制能力，实现转矩的快速响应和准确控 制，能以很高的精度进行宽范围的调速运行；独创的多模式 ＰＬＣ运行功能，特别适合工业制造设备等应用；实用的多段 速功能：提供编码、直接、叠加和个数选择方式；强大的ＰＩＤ 功能等；具备强大的编程功能，用户可自定义内部Ｉ／０模块； 转差补偿，ＡＶＲ自动稳压功能。模拟量输入可设置为１０Ｖ， 当模拟量输入信号由正变到负时，电机运转方向也随之改 变，反之亦然。在白整角机上设置相应的参数，使操纵杆从 中心零位开始往前输出正信号，往后输出负信号，这会给使 用上带来方便。 提升机变频调速方案方框图如图１所示。 图１矿井提升机变频调速方案 ３ 方案实施 斜井提升负载特性是摩擦性位能负载，属恒转矩特性 负载。提升机带五个斗装满物料沿斜面起动上行时，电机的 转矩要克服负载阻转力矩和摩擦力，逐渐加速到全速运行， 快到井口时，要逐渐减速。为提高效率，上行加速段和减速 段的时间要尽量短，上行加速的时间可适当加大矢量控制 变频器的容量来保证，由于负载重惯性大，当要求减速时间 短时，上行的减速过程中有再生能量产生，会使变频器直流 侧电压升高而“过压”，为此，需要用能耗制动单元加制动 电阻或回馈单元处理再生能量；在下放过程中，提升机带的 已经是空斗了，但在快速下放的过程仍有再生能量产生，也 需要处理再生能量。 原系统电机是１８５ｋＷ的６极绕线式电机，在平时工作 电流在２８０～３８０Ａ，为保证安全，提升机上行或下行起动 时，是要加制动的，起动完成后一瞬间再松开制动。在这种 情况下运行电流有时候会超过电机额定电流，达￣ｇ４００多安 培。变频调速后，提升机上行或下行起动时，仍是要加制动 的，变频器输出频率到０．３Ｈｚ有足够大的力矩时再松开制 动。尽管０．３Ｈｚ以下电机处于堵转状态，但由于输出频率低， 输出电压也低，电机不会过流。在生产中，装载的物料有时 可能会超载，考虑重载加速时间短，选型时变频器容量需要 加大，本例变频器为２５０ｋＷ，这样有利于电机在过载时候 变频器有足够的过载能力。 提升枕的更改分以下几个步骤进行 （１）变频系统操作时和原来工频系统在设备状态上有 所不同，在提升机控制台上有个凸轮控制器（其作用是利用 控制器的多接点当作提升机的档位，控制接触器，调节转子 电阻的阻值大小，对应低高速档），除开油路部分的控制触 点以外的所有接点弹簧全部已被去掉，这样有利于在使用 角位控制时候减少操作阻力。 （２）再将绕线式电机的转子绕组全部短接。 （３）利用原来的凸轮控制器，在凸轮控制器的后方轴 上安装自整角机，与凸轮控制器的中心轴同心，这样就利 用原来的上升和下放的操作方式。对应凸轮控制器的正负 角度，分别角度是１０８度和一１０８度，自整角机把这个角位 信号以脉冲形式送给角位变送器，角位变送器再根据正负 角度对应输出正１０８度与负１０８度时的正１０伏和负１０Ｖ的 模拟电压信号，变频器接收正负１０伏作为正反转运行信 号。 （４）利用原凸轮控制器控制制动油路系统，在凸轮控 制器上中心点到相对应两边第一个触头须使用。度过两边 的触点后，随着操纵杆的推动平滑的过渡到正负１０８度。 在操纵杆在未打到油路系统触点时，自整角机已经识别到 角位的变化，对应角位变送器就会有正负电压的输出，因 为在油路系统未打开之前变频器是有很低的频率输出 （０Ｎ０．３Ｈｚ）。油路未打开刹车系统就处于制动状态，通过 变频器内部的逻辑单元、算术单元和比较器等相关功能进 行设置，过渡了两个接触点的清零位置，使得在操纵杆在 过油路触点时候变频器在０．２Ｈｚ以下运行，得到非常好的 控制效果。 变频器的参数设置 针对变频器在本系统上的应用，对这台变频器设置了 以下参数。 Ｆ０—０１＝７、Ｆ０—０２＝１、Ｆ１—００－－７、Ｆ１—０１＝３、Ｆ１—１８＝１．０、Ｆ１— ２５＝１、Ｆ２—０１＝２、Ｆ２—０４＝９０、Ｆ４—０１＝１６、Ｆ４—０８＝０、Ｆ５—００＝４９、 ２ｏｏｓ￣ｏ９ 包翻孳匕 莓兜８ Ｆ５—０１＝１４、Ｆ５—０３＝５、Ｆ６—００＝６、Ｆ６—１５＝１、Ｆ６—１６＝１０１．１、ＦＥ一 ００＝１０、ＦＥ一０１＝２８、ＦＥ一０２＝１ １、ＦＥ一０３＝２５、ＦＥ一０５＝４４、ＦＥ一 ０６＝１０、ＦＥ一０７＝２９ ＦＥ一０８＝１、ＦＥ一０９＝０、ＦＥ一１２＝１、ＦＥ一１３＝５０、 ＦＥ一１４＝０、ＦＥ一１６＝１４、ＦＥ一１８＝７、ＦＥ一４４＝２９、ＦＥ一４６＝８、ＦＥ一 ４８＝２７、ＦＥ一４９＝３１、ＦＥ一５０＝３、ＦＥ一５１＝７０、ＦＥ一５２＝１０、ＦＥ一 ５３＝２８、ＦＥ一５４＝１、ＦＥ一５６＝１０、ＦＥ一５７＝２８、ＦＥ一７２＝２１、ＦＥ一 ７３＝２２、ＦＥ一７４＝４８。 以上为变频器设置的基本参数，其中电动机参数栏 ＦＡ ０１至ＦＡ一０５必须按照电机铭牌上的标示进行输入，当 输入完电机参数后，要把Ｆ０—０ｌ设置为０；Ｆ０—０２设置为０； 然后把ＦＡ一００设置为１１；为电机静止自整定状态，然后对 电机进行检测，变频器对电机检测完毕后将Ｆ０一Ｏｌ和Ｆ０—０２ 的设置改为７和１变频就将控制转变为外部信号启动和控 制。 模拟信号输 模拟信号输 惫停信号输 工频启动系 图２变频器基本接线图 工频系统的操作 当变频系统出现故障时，可将该系统还原到原来的工 频系统工作，切换到工频系统后要做的工作有以下几方面： 断掉系统总电源后，将绕线式电机的转子接线还原，连接工 频输出端。然后再将绞车控制台下方的凸轮控制器触点弹 簧全部安装还原，这时工频系统就恢复到未改变频装置之 前一样，提升机操作工可继续按照原来工频系统操作习惯 进行控制。 ４ 节能计算 目前国内各类矿山等提升机大都采用交流绕线式异步 电动机转子串电阻方式调速方案，使用交流接触器改变转 子电阻来进行速度段的切换。对于绕线式电机，无论在起 动？制动还是调速中，采用转子串电阻方式均会带来电能损 耗。这种损耗随着转速的降低，转差率ｓ的增大而增大。绕 线式电机的功率关系为： ＝ 十 ＝Ｔｏ）ｏ 弓＝ （１～Ｓ） ＝．ｓ ＝３ （ ＋ ） 式中： 一电动机的电磁转矩 【ｏ０一同步角转速 ， 一电动机每相的电流和电阻 尼一转子串接的附加电阻 ｐ：一输入转子的电磁功率 ｐ 一机械输出功率 消耗在转子电阻上的转差功率 上式中：若Ｓ＝０．５时，电磁功率就有一半的功耗消耗在 转子的电阻上，调速系统效率非常低，只有５０％左右。本 例中，据测算提升机有３０％的时间运行在低速段，节能率 在２４．５％左右，经济效益十分显著。 并且，原系统经常故障，主要是交流接触器触头频繁闭 合和断开，容易造成触点及线圈的烧毁，经常维护电器电部 分的接触器、电机的碳刷与机械部分的刹车装置等。变频调 速改造后，基本上无故障，大大地减少停工损失，产生的效 益也不可小视。 ５ 结束语 传统绕线式电机串电阻方式调速方式，在矿井提升机 上使用较多。转子串的电阻上消耗了大量的转差功率，速度 在越低时候消耗的转差功率就越大，相对浪费的电能就越 多。使用变频器调速后，没有转差率的消耗，功率因数也有 提高，节能非常显著。变频调速控制方案，推动了提升机电 气控制技术的进步，完全满足吊车的软启动、软停车、无冲 击、平滑调速功能，有效降低系统的能耗及机械的维护成 本，延长机械的使用寿命。
