煤粉尘环境5t抓斗天车变频拖动改造
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摘 要：本文对5t输煤抓斗行车绕线电机调速拖动系统进行变频调速改造；对专门开发：联动控制台、防尘变频器柜、制动电阻；对速度指令、拖动机构同步、抗瞬时冲击、抱闸检查、防尘与散热；安全配置等关键参数进行探讨，简介变频电机的应用，对类似的变频拖动系统应用有一定的参考价值。
关键词：联动控制台；防尘变频器柜；制动电阻
中图分类号：TH215 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0073-01
1 概述
天车改造前，拖动系统所采用的是绕线电动机转子切换电阻的调速方式。多年的运行情况表明：传动机构和电气系统的故障率高、维护工作量大。原系统存在的问题：
（1）天车作时震动大。改造前，天车5台电机均是绕线电机串联电阻调速，特点是低速特性软，加速性和减速时牵阻制动性能差。重车走位或提升物料需要低速运行时，因转矩不足、反应缓慢而被迫拉高档加力，当需要及时停车时速度又过快，被迫采取停车施加抱闸制动的紧急刹车方法控制速度或定位，使天车产生很大的震动冲击。（2）钢丝使用绳寿命短。现场观察发现：天车取物料时，抓斗全开并位于料堆上，开闭钢丝绳牵引抓斗取料并使抓斗关闭，此时需要反复启停升降电机，调节升降钢丝绳，避免钢丝绳松垂而脱离与抓斗滑轮的张紧接触，若操作不当，容易发生漏料和机构过载，以致频繁拉断钢绳，严重时钢丝绳只能使用不到一周。（3）接触器使用寿命短绕线电机的调速是通过接触器切换接入转子回路的电阻实现的。接触器的使用寿命与开闭电流、动作频率和震动有关。震动来自接触器数量多、体积大、频繁动作时自身震动、安装方式、柜体刚度和天车高速启动快速停车时的大震动冲击。（4）小车电机调速电阻损坏率高。输煤抓斗天车起步、走位、取料、提升、降斗、放料都离不开低速运行。（5）抱闸使用寿命短。抱闸寿命是工作时间与刹车箍线速度的函数，天车运行时启停频繁，经常高速制动，长期处于这种工况的抱闸寿命较短。长时间运行，必然使抱闸寿命缩短。（6）人机功效差劳动强度大。抓斗天车需要开闭和升降机构协同配合才能完成取料和放料的工作，同时需要强调人机功效，稍不注意就发生沉斗和漏料。工作劳动强度大，对司机要求高。（7）电气设备防护等级低。输煤抓斗天车的工作环境较差，煤粉尘聚集严重。磁力屏、安全屏、端子箱防护等级较低。曾经发生电弧引燃煤粉烧毁配电柜和电缆的事故。（8）技术落后绕线电机调速系统技术落后面临淘汰。
2.1 联动控制台
联动控制台是天车的控制中心，研发时综合考虑输煤桥抓的运行环境、操作习惯、人机功效、保持联动控制台的结构和操作方式与原来基本相同，集中研发速度指令装置。变频器的速度指令主要有：脉冲、离散量和模拟量，对离散量和模拟量两种速度基准值进行实验比对。制作了这两种形式的联动控制台进行了8个月的操纵实验，经过219天（2010/1/1-2010/8/8）的实验对比，预设速度指令方式的主要优点是：部件加工简单；机构的制造技术成熟、稳定可靠；符合司机传统操作习惯；触点元件质量好、价格低；系统同步性好、抗干扰强。较好的控制灵敏度和精度。
2.2 变频器柜
（1）抗冲击电抗器。实际运行中，开闭和升降机构经常发生冲击过载和运行过载，经过反复实验，摸索出应用抗冲击电抗器的方法。采用RA公司推荐的计算程序并结合实验数据，得出电抗器阻抗为1.2mH，连续工作电流45A。这一参数值可以较好地吸收冲击过载和运行过载，并且对电机转矩和动态制动力矩无明显影响。（2）动态制动。抓斗天车工作时，电机会频繁地在电动机状态和发动机状态间转换。天车减速以及抓斗下降时，电机将输出再生能量，使变频器直流母线电压升高，产生过电压跳闸。解决办法是采用逆变器将再生能量回馈电网或采用电阻吸收再生能量。（3）速度控制。根据天车的安全规范要求，拖动机构应设置限位开关，在提升回路（Run Fowd）接有限位开关为拖动机构提供限位保护。经过5年的运行考核证明，在各种工况条件下，开环控制系统均没有出现沉斗、漏料、溜车的现象。系统运行安全可靠、响应速度快、动作准确敏捷，能满足输煤工艺的要求。（4）电机及参数设置。升降电动机采用YZP系列冶金及起重用频调速三相异步电动机，用于驱动各种型式的起重机械及其他类似设备的专用产品。（5）变频器的选择及起重机参数设置。起重机所用的变频器必须是高性能的，对可靠性和安全功能要求较高。PowerFlex 700B系列变频器，内置有起重机专用参数，正确设置调整参数是关键。（6）防尘与散热。PowerFlex 700B系列变频器防护等级为IP20，干煤库的煤粉尘聚集严重、温度湿度变化大，变频器柜的防护等级不应低于IP67。经过反复试验，设计了内循环制冷型变频器柜。
3 结语
采用高性能变频器拖动技术，结合人机功效设计了6挡调速的升降/开闭机构和5挡调速大车/小车行走机构联动控制台。抗冲击电抗器配合变频器下垂控制功能解决了抓斗2机构同步及各种冲击过载的问题。设计了具备IP67防护等级和高效散热能力的变频器柜，安装了质量可靠的动态制动电阻和抗冲击电抗器并应用PowerFlex700B系列变频器内置的起重机参数和安全功能进行系统优化，稳定性大大提高。经过5年连续运行考核各子系统部件性能过关，对类似应用有一定的参考价值。