交交變頻器用于交流提升機控制系統的研究

Research of Control System AC Lift by Use of AC/AC Frequency Converter(FC)南 昌 有 色 冶 金 設 計 研 究 院 張 浩 （ 南 昌 330002）

摘要：通過SIMOREGK6RA24全數字直流調速裝置的運用實踐，根據交交變頻器主電路和基本控制的特點，提出一構成交流提升機全數字拖動控制系統的方法，對其主電路接線及

控制部分進行論述。

Abstract: By means of operational practice of SIMOREG K 6RA24 full digital DC governer unit,according to main circuit of AC/AC FC and fundamental control feature, a method of constitute AC lift with full digital draw control system was raised,and its main circuit connection and control part were discussed.

關鍵詞：低頻制動交交變頻全數字控制Keywords:Low－ frequency brake， AC/AC FC， Full digital control

　　1引言

礦井提升機所使用的交流繞線式電動機通常是靠切換其轉子電阻來進行調速的。但電動機依靠轉子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。當提升容器通過給定的減速點時，由于負載的不同，而將得到不同的減速度，不能達到穩定的低速爬行，最后導致停車位置不準，不能正常裝卸載。通過操作人員同時施用機械閘，利用閘制動和電機拖動的合成特性來得到要求的減速度及低速爬行。這樣做，不僅耗電量大，閘瓦磨損大，而且操作人員工作非常緊張，安全性、可靠性差。

晶閘管串級調速自動化提升機，可以獲得較好的控制特性。但電控設備多、容量大。為獲得減速階段的制動力矩，還需一套動力制動裝置，因而使系統復雜，投資增加。特別是對于500kW以上的繞線電動機，其轉子電壓約為700V左右，使晶閘管裝置的選擇帶來困難。

　　當交流提升機只采用動力制動時，減速爬行階段就要出現制動－電動、電動－制動的多次轉換，才能獲得平均的、而非平穩的爬行速度，能滿足爬行距離較長的提升機。這種方法要求主減速器有兩個主軸，并增加氣囊離合器，增加了機械結構和制造過程的復雜性。動力制動的最大弱點是不能提供正力矩。當系統需要低速正力爬行時，要從動力制動轉換到高壓狀態工作，實行爬行階段二次給電的脈沖爬行。這種方法機械特性較軟，不易控制。

　　采用低頻制動，即將電動機定子繞組從三相電網（6kV，50Hz）上斷開后，接至電壓相序相同的低頻電源上。提升機低頻拖動在減速階段使電動機運行在再生發電制動區內，在爬行階段運行電動區內。并且，提升電動機由制動狀態到電動狀態是自然過渡的。交交變頻器作為一種在大功率、低速范圍內得到很好應用的交流調速方案，其頻率范圍容易調節，作為低頻電源適用于各種作業的交流提升機。而數字化是現代傳動技術的發展趨勢，實現全數字控制是交流提升機自動化的新課題。

2交－交變頻器

交交變頻調速系統是一種不經過中間直流環節，直接將較高固定頻率的電壓變換為頻率較低而可變輸出電壓的變頻調速系統。其每一相均由兩組（正、負組）三相全波變流器反并聯構成。輸出的整流電壓為：

Ud=Ud0cosαp=－Ud0cosαN(1)

式中：αP——正組整流器控制角；

αN——負組整流器控制角；

Ud0——α=0°輸出電壓平均值。

交交變頻器輸出電壓的基波為正弦波，即：

Ud=Udmsinω1t(2)

則

cosαP=(Udm/Ud0)sinω1t=ksinω1t(3)

式中：k——輸出電壓比，k=Udm/Ud0；

ω——輸出電壓基波的角頻率。

通過改變正、負兩組整流器觸發角的頻率，即可改變輸出電壓的頻率；改變輸出電壓比k值，即可改變輸出電壓值。

交交變頻器通過兩組反并聯的晶閘管交替工作來產生一相低頻的交流電壓供給負載，存在環流問題。在可逆直流傳動中采用的工作方式（如邏輯無環流、錯位無環流、可控環流）一般在交交變頻器中均可適用。交交變頻器的主電路及基本控制部分可采用直流傳動的相同組件和技術。

3主電路接線及其特點

SIMOREGK6RA24是SIEMENS生產的一種緊湊式三相交流直接供電的全數字直流調速裝置，設計電流范圍15A～120A。其基于高性能的16位微處理器，采用參數組態方式用軟件實現調速傳動控制系統的各種控制功能，具有較高技術水平。該全數字交交變頻系統采用三臺6RA24構成，主電路為三相橋式，速度－電流雙閉環控制，邏輯無環流工作方式。外環為速度環，實現精確的速度控制，內環為3個電流環，以滿足三相電流的平衡和協調配合，對三相電流進行交流調制以使輸出電流波形為正弦波。主電路接線如圖1所示。

圖1交交變頻器主電路接線圖

由圖1可看出，該系統構成為三相橋式6脈波接線交交變頻器。相電壓分別為UOR，UOS，UOT，彼此相差120°，作為三相電壓輸出。這種聯結可使在選用的晶閘管承受電壓較低的情況下，提高裝置的輸出電壓。如果3個相電壓中含有同樣的直流分量，由于采用星形聯結，線電壓中不含有直流分量，變頻器輸出到負載的電壓波中也不會出現直流分量。從而改善了變頻器的輸入功率因數。如果3個相電壓中含有3,6,9等次諧波，由于這些諧波彼此同相，在該接線（Y接輸出）中也相互抵消，不反映到負載及線電壓中去，即輸出相電壓中的3倍頻諧波不會傳到電動機端。因此，該系統輸出功率大，高次諧波少，輸出波形好，工作可靠。

4控制系統構成

低頻制動方式，使提升機在減速段可將部分機械能轉變為電能回饋到電網，并自然過渡到爬行階段，實現穩定的低速爬行。通過采用數字控制技術，其控制性能得到大大改善。本系統為速度、電流雙閉環控制，充分利用了SIMOREGK6RA24的基本控制功能。主要由以下幾個部分組成：

（1）主機板。核心為一16位單片機，用以完成系統的自動調節、邏輯操作、故障診斷、自動優化和運行狀態及故障顯示；

（2）信號板。完成控制電源分配、電流反饋信號傳送、脈沖信號隔離放大、操作連鎖等。

（3）光電隔離開關量輸入、輸出板；

（4）智能化A/D，D/A板；

（5）總線板。

各功能控制通過外部總線構成一控制系統，共同完成各項控制任務。其數字控制結構框圖如圖2所示。

圖2中，3個電流反饋信號經電流互感器檢測，并由兩對采樣開關整形后送入單片機；速度給定及速度反饋信號經濾波電路和絕對值電路變換后送入各組單片機。電流和速度調節均由計算機軟件完成。數字觸發脈沖信號由單片機的6個高速通道輸出，并由高頻調制信號一起送入邏輯門陣列電路，變換成互差60°的雙脈沖列，再經放大和隔離，分別去觸發各相功率組件。所有調節和控制全數字化，保證了系統的調節精度。

圖2數字控制結構框圖

交交變頻器用于交流提升機控制系統的研究

傳動裝置的工作狀態通過開關選擇。“內控”時通過主機面板按鍵進行參數設置和裝置調試；“外控”時由操作臺接通傳動裝置，通過主機串行接口RS232（485）施加主給定，使交流提升機低頻制動過程操作實現自動化。同時可利用6RA24的狀態字觀察晶閘管工作狀態反饋信號，讀出實際值及參數組的寫入和儲存，完成各數據與PC的通訊。

5應用實例

該交交變頻全數字拖動控制系統就用于某礦主井，提升機型號JKMD－2.25×4E，AC6kV，800kW。其定轉子回路采用真空接觸器換向，整個操作過程為PLC控制帶CRT監控。中信重機自動化工程公司制造安裝，1998年12月投入使用。技術性能完全達到設計要求，運行效果良好，保證了提升設備的安全生產。

6結論

（1）采用全數字控制交交變頻裝置作為低頻電源用于交流提升機的拖動控制，提高了提升機運行的安全性，具有顯著的節能效果。有利于改善提升機制動、爬行階段的控制性能，減小爬行距離，縮短提升周期，提高生產能力。

（2）根據系統的運行結果，本裝置可適用于礦井提升機的各種運輸形式。由于控制器硬件采用了SIEMENS公司技術先進的標準產品，具有很高的可靠性，結合自行開發的軟件和主電路控制系統，整套裝置具有較高的性能價格比。

參考文獻

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