Решения в области технологий применения инверторов

Подъемная машина является важным оборудованием в производственном процессе угольных шахт и шахт по добыче цветных металлов. Безопасная и надежная работа подъемной машины напрямую связана с производственным состоянием и экономическими выгодами предприятия. Эта система тяги требует частого прямого и обратного запуска двигателя, замедления и торможения, что является типичной нагрузкой трения, т.е. нагрузкой с характеристикой постоянного крутящего момента. Ранее преобладали в основном зубчатые лебедки (механическая тяга), гидравлические лебедки (гидравлическая тяга) и лебедки с регулированием скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока (электрическая тяга) и другие типы. Питание наклонной шахтной подъемной машины обеспечивается двигателем с обмоткой ротора, который использует регулирование скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь.

Механическая структура наклонной шахтной подъемной машины схематически показана на следующем рисунке.

В настоящее время большинство малых и средних шахт используют наклонные шахтные лебедки для подъема, и традиционные наклонные шахтные лебедки обычно используют систему регулирования скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока, а сопротивление управляется контактором переменного тока - тиристором. Эта система управления легко окисляет основные контакты контактора переменного тока и вызывает сбой оборудования из-за частого срабатывания контактора переменного тока в процессе регулирования скорости и длительного времени работы оборудования. Кроме того, характеристики регулирования скорости подъемной машины на стадии замедления и ползучей скорости плохие, что часто приводит к неточной остановке. Частое включение, регулирование скорости и торможение подъемной машины генерируют значительное энергопотребление во внешней цепи ротора последовательного резистора. Эта система регулирования скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока является ступенчатым регулированием скорости, плавность регулирования скорости плохая; низкоскоростные механические характеристики мягкие, скорость статической разницы большая; сопротивление потребляет дифференциальную мощность, энергосбережение плохое; пусковой процесс и процесс переключения скорости вызывают большой скачок тока; высокоскоростная работа вызывает вибрацию, безопасность плохая. Поэтому исходная система в отношении безопасности и надежности, регулирования скорости, энергосбережения, эксплуатации, технического обслуживания и других аспектов имеет различную степень дефектов. С тех пор, как появилась частотно-регулируемая лебедка, уровень оборудования наклонной лебедки качественно изменился. В настоящее время частотно-регулируемая лебедка стала доминирующим продуктом на рынке, и ее основные особенности заключаются в следующем.

1. Компактная структура, небольшие размеры, простота перемещения, использование в подземных шахтах позволяет сэкономить много затрат на разработку.
2. Частотно-регулируемая лебедка серии ZF основана на полностью цифровом частотно-регулируемом управлении скоростью и технологии векторного управления в качестве основы, благодаря чему характеристики регулирования скорости асинхронного двигателя могут быть сопоставимы с характеристиками двигателя постоянного тока. Производительность низкочастотного крутящего момента, плавное регулирование скорости, широкий диапазон регулирования скорости, высокая точность, энергосбережение и т. д.
3. Принята система управления с двумя ПЛК для улучшения характеристик управления и безопасности наклонной шахтной лебедки.
4. Простота эксплуатации, безопасная и стабильная работа, низкая частота отказов и практически отсутствие необходимости в техническом обслуживании.

Чтобы преодолеть недостатки традиционной системы регулирования скорости с помощью последовательного включения резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя переменного тока, использование технологии частотного регулирования скорости для преобразования подъемной машины позволяет достичь полного диапазона частот (0 ~ 50 Гц) управления постоянным крутящим моментом. Обработка рекуперативной энергии может быть выполнена с использованием недорогой программы торможения энергией или более значимой программы торможения с обратной связью. И в процессе проектирования гидравлического механического торможения, вторичный тормозной клапан и торможение инвертора должны быть интегрированы.

Электрическая система управления инверторной лебедкой для одно- или двухбарабанных намоточных лебедок, приводимых в действие асинхронными двигателями переменного тока (с обмоткой ротора или с короткозамкнутым ротором). Может использоваться с вновь установленными лебедками, а также подходит для технической модернизации старой электрической системы управления лебедкой.

Электрическая система управления частотно-регулируемой лебедкой может быть просто разделена на: систему регулирования скорости с помощью преобразователя частоты (преобразователь частоты + тормозной блок + блок тормозного резистора); пульт управления системой ПЛК.

Состав механической системы лебедки показан на рисунке.

Двухпроводная система: Система управления ПЛК состоит из двух основных систем ПЛК, ПЛК1 является основной системой управления, а ПЛК2 - системой мониторинга. Каждая система ПЛК имеет свой независимый элемент определения положения (энкодер вала). Во время нормальной работы две системы ПЛК запускаются одновременно для реализации управления и защиты лебедки по «двухпроводной системе». Чтобы гарантировать, что две системы ПЛК могут работать синхронно, сигналы положения и скорости двух систем ПЛК сравниваются в реальном времени в ПЛК1, и как только отклонение становится слишком большим, немедленно генерируется сигнал тревоги. Две системы ПЛК в основном обмениваются данными посредством связи.

Аварийный режим: Если один ПЛК выходит из строя или его элемент определения положения выходит из строя, один ПЛК может продолжать работать в режиме «Аварийный 1» или «Аварийный 2». Лебедка в аварийном режиме работы, из-за защиты не отсутствует, но нет «двухпроводной системы». Однако, чтобы обеспечить безопасность и надежность работы лебедки, рабочая скорость снижается до половины скорости. Если выходят из строя два комплекта элементов определения положения, лебедка может работать только со скоростью не более 0,5 м/с.

Два источника скорости: Фактическая скорость в системе управления поступает из двух разных источников скорости, инвертора и энкодера вала, и фактическая скорость, участвующая в управлении и защите от превышения скорости, берется из максимального значения обоих.

Контроль положения: ПЛК автоматически генерирует скорость, заданную ходом, как независимую переменную v(s), и скорость, заданную секцией равной скорости после реализации v(t) и v(s) двойного задания, в котором v(s) в основном задается ходом.

Полуавтоматический режим работы: В отличие от традиционного полуавтоматического режима работы, он использует «переключатель выбора скорости» на пульте управления для одновременного управления скоростью работы лебедки и открытием и закрытием рабочих ворот, что особенно подходит для работы наклонной шахтной лебедки.

После того, как подъемник преобразован частотным преобразованием, рабочий процесс системы не сильно меняется. При перемещении рукоятки вперед и назад она может приводить во вращение энкодер и отправлять количество импульсов на высокоскоростной счетный терминал ПЛК, который может плавно регулировать скорость инвертора в определенном диапазоне. Он также может выдавать контакты «нулевое положение рукоятки», «вперед» и «назад». Независимо от того, вращается ли двигатель вперед или назад, уголь вытаскивается из шахты на поверхность, двигатель работает в прямом и обратном электрическом состоянии, только когда полностью загруженный прицеп приближается к устью шахты, необходимо замедлить и затормозить, временная диаграмма работы подъемника показана на рисунке ниже.