煤粉塵環境5t抓斗天車變頻拖動改造

郭瑾

摘 要：本文對5t輸煤抓斗行車繞線電機調速拖動系統進行變頻調速改造；對專門開發：聯動控制臺、防塵變頻器柜、制動電阻；對速度指令、拖動機構同步、抗瞬時沖擊、抱閘檢查、防塵與散熱；安全配置等關鍵參數進行探討，簡介變頻電機的應用，對類似的變頻拖動系統應用有一定的參考價值。

關鍵詞：聯動控制臺；防塵變頻器柜；制動電阻

中圖分類號：TH215 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0073-01

1 概述

天車改造前，拖動系統所采用的是繞線電動機轉子切換電阻的調速方式。多年的運行情況表明：傳動機構和電氣系統的故障率高、維護工作量大。原系統存在的問題：

（1）天車作時震動大。改造前，天車5臺電機均是繞線電機串聯電阻調速，特點是低速特性軟，加速性和減速時牽阻制動性能差。重車走位或提升物料需要低速運行時，因轉矩不足、反應緩慢而被迫拉高檔加力，當需要及時停車時速度又過快，被迫采取停車施加抱閘制動的緊急剎車方法控制速度或定位，使天車產生很大的震動沖擊。（2）鋼絲使用繩壽命短。現場觀察發現：天車取物料時，抓斗全開并位于料堆上，開閉鋼絲繩牽引抓斗取料并使抓斗關閉，此時需要反復啟停升降電機，調節升降鋼絲繩，避免鋼絲繩松垂而脫離與抓斗滑輪的張緊接觸，若操作不當，容易發生漏料和機構過載，以致頻繁拉斷鋼繩，嚴重時鋼絲繩只能使用不到一周。（3）接觸器使用壽命短繞線電機的調速是通過接觸器切換接入轉子回路的電阻實現的。接觸器的使用壽命與開閉電流、動作頻率和震動有關。震動來自接觸器數量多、體積大、頻繁動作時自身震動、安裝方式、柜體剛度和天車高速啟動快速停車時的大震動沖擊。（4）小車電機調速電阻損壞率高。輸煤抓斗天車起步、走位、取料、提升、降斗、放料都離不開低速運行。（5）抱閘使用壽命短。抱閘壽命是工作時間與剎車箍線速度的函數，天車運行時啟停頻繁，經常高速制動，長期處于這種工況的抱閘壽命較短。長時間運行，必然使抱閘壽命縮短。（6）人機功效差勞動強度大。抓斗天車需要開閉和升降機構協同配合才能完成取料和放料的工作，同時需要強調人機功效，稍不注意就發生沉斗和漏料。工作勞動強度大，對司機要求高。（7）電氣設備防護等級低。輸煤抓斗天車的工作環境較差，煤粉塵聚集嚴重。磁力屏、安全屏、端子箱防護等級較低。曾經發生電弧引燃煤粉燒毀配電柜和電纜的事故。（8）技術落后繞線電機調速系統技術落后面臨淘汰。

2 變頻拖動改造

2.1 聯動控制臺

聯動控制臺是天車的控制中心，研發時綜合考慮輸煤橋抓的運行環境、操作習慣、人機功效、保持聯動控制臺的結構和操作方式與原來基本相同，集中研發速度指令裝置。變頻器的速度指令主要有：脈沖、離散量和模擬量，對離散量和模擬量兩種速度基準值進行實驗比對。制作了這兩種形式的聯動控制臺進行了8個月的操縱實驗，經過219天（2010/1/1-2010/8/8）的實驗對比，預設速度指令方式的主要優點是：部件加工簡單；機構的制造技術成熟、穩定可靠；符合司機傳統操作習慣；觸點元件質量好、價格低；系統同步性好、抗干擾強。較好的控制靈敏度和精度。

2.2 變頻器柜

（1）抗沖擊電抗器。實際運行中，開閉和升降機構經常發生沖擊過載和運行過載，經過反復實驗，摸索出應用抗沖擊電抗器的方法。采用RA公司推薦的計算程序并結合實驗數據，得出電抗器阻抗為1.2mH，連續工作電流45A。這一參數值可以較好地吸收沖擊過載和運行過載，并且對電機轉矩和動態制動力矩無明顯影響。（2）動態制動。抓斗天車工作時，電機會頻繁地在電動機狀態和發動機狀態間轉換。天車減速以及抓斗下降時，電機將輸出再生能量，使變頻器直流母線電壓升高，產生過電壓跳閘。解決辦法是采用逆變器將再生能量回饋電網或采用電阻吸收再生能量。（3）速度控制。根據天車的安全規范要求，拖動機構應設置限位開關，在提升回路（Run Fowd）接有限位開關為拖動機構提供限位保護。經過5年的運行考核證明，在各種工況條件下，開環控制系統均沒有出現沉斗、漏料、溜車的現象。系統運行安全可靠、響應速度快、動作準確敏捷，能滿足輸煤工藝的要求。（4）電機及參數設置。升降電動機采用YZP系列冶金及起重用變頻調速三相異步電動機，用于驅動各種型式的起重機械及其他類似設備的專用產品。（5）變頻器的選擇及起重機參數設置。起重機所用的變頻器必須是高性能的，對可靠性和安全功能要求較高。PowerFlex 700B系列變頻器，內置有起重機專用參數，正確設置調整參數是關鍵。（6）防塵與散熱。PowerFlex 700B系列變頻器防護等級為IP20，干煤庫的煤粉塵聚集嚴重、溫度濕度變化大，變頻器柜的防護等級不應低于IP67。經過反復試驗，設計了內循環制冷型變頻器柜。

3 結語

采用高性能變頻器拖動技術，結合人機功效設計了6擋調速的升降/開閉機構和5擋調速大車/小車行走機構聯動控制臺。抗沖擊電抗器配合變頻器下垂控制功能解決了抓斗2機構同步及各種沖擊過載的問題。設計了具備IP67防護等級和高效散熱能力的變頻器柜，安裝了質量可靠的動態制動電阻和抗沖擊電抗器并應用PowerFlex700B系列變頻器內置的起重機參數和安全功能進行系統優化，穩定性大大提高。經過5年連續運行考核各子系統部件性能過關，對類似應用有一定的參考價值。