交交變頻器用于交流提升機控制系統的研究ResearchofControlSystemACLiftbyUseofAC/ACFrequencyCo

摘要：通過(guò)SIMOREGK6RA24全數字直流調速裝置的運用實(shí)踐，根據交交變頻器主電路和基本控制的特點(diǎn)，提出一構成交流提升機全數字拖動(dòng)控制系統的方法，對其主電路接線(xiàn)及控制部分進(jìn)行論述。

Abstract:By means of operational practiceof SIMOREG K 6RA24 full digital DC governerunit, 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(guān)鍵詞：低頻制動(dòng)交交變頻全數字控制

Keywords:Low－frequenc ybrake，AC/AC FC，Full digital control

　　1 引言

礦井提升機所使用的交流繞線(xiàn)式電動(dòng)機通常是靠切換其轉子電阻來(lái)進(jìn)行調速的。但電動(dòng)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(guò)給定的減速點(diǎn)時(shí)，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(chē)位置不準，不能正常裝卸載。通過(guò)操作人員同時(shí)施用機械閘，利用閘制動(dòng)和電機拖動(dòng)的合成特性來(lái)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(dòng)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(dòng)力矩，還需一套動(dòng)力制動(dòng)裝置，因而使系統復雜，投資增加。特別是對于500kW以上的繞線(xiàn)電動(dòng)機，其轉子電壓約為700V左右，使晶閘管裝置的選擇帶來(lái)困難。

　　當交流提升機只采用動(dòng)力制動(dòng)時(shí)，減速爬行階段就要出現制動(dòng)－電動(dòng)、電動(dòng)－制動(dòng)的多次轉換，才能獲得平均的、而非平穩的爬行速度，能滿(mǎn)足爬行距離較長(cháng)的提升機。這種方法要求主減速器有兩個(gè)主軸，并增加氣囊離合器，增加了機械結構和制造過(guò)程的復雜性。動(dòng)力制動(dòng)的最大弱點(diǎn)是不能提供正力矩。當系統需要低速正力爬行時(shí)，要從動(dòng)力制動(dòng)轉換到高壓狀態(tài)工作，實(shí)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(dòng)，即將電動(dòng)機定子繞組從三相電網(wǎng)（6kV，50Hz）上斷開(kāi)后，接至電壓相序相同的低頻電源上。提升機低頻拖動(dòng)在減速階段使電動(dòng)機運行在再生發(fā)電制動(dòng)區內，在爬行階段運行電動(dòng)區內。并且，提升電動(dòng)機由制動(dòng)狀態(tài)到電動(dòng)狀態(tài)是自然過(guò)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(yè)的交流提升機。而數字化是現代傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，實(shí)現全數字控制是交流提升機自動(dòng)化的新課題。

2 交－交變頻器

交交變頻調速系統是一種不經(jīng)過(guò)中間直流環(huán)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(lián)構成。輸出的整流電壓為：

通過(guò)改變正、負兩組整流器觸發(fā)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(guò)兩組反并聯(lián)的晶閘管交替工作來(lái)產(chǎn)生一相低頻的交流電壓供給負載，存在環(huán)流問(wèn)題。在可逆直流傳動(dòng)中采用的工作方式（如邏輯無(wú)環(huán)流、錯位無(wú)環(huán)流、可控環(huán)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(dòng)的相同組件和技術(shù)。

3 主電路接線(xiàn)及其特點(diǎn)

SIMOREGK6RA24是SIEMENS生產(chǎn)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(tài)方式用軟件實(shí)現調速傳動(dòng)控制系統的各種控制功能，具有較高技術(shù)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(huán)控制，邏輯無(wú)環(huán)流工作方式。外環(huán)為速度環(huán)，實(shí)現精確的速度控制，內環(huán)為3個(gè)電流環(huán)，以滿(mǎn)足三相電流的平衡和協(xié)調配合，對三相電流進(jìn)行交流調制以使輸出電流波形為正弦波。主電路接線(xiàn)如圖1所示。

由圖1可看出，該系統構成為三相橋式6脈波接線(xiàn)交交變頻器。相電壓分別為，彼此相差120°，作為三相電壓輸出。這種聯(lián)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(gè)相電壓中含有同樣的直流分量，由于采用星形聯(lián)結，線(xiàn)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(huì )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(gè)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(xiàn)（Y接輸出）中也相互抵消，不反映到負載及線(xiàn)電壓中去，即輸出相電壓中的3倍頻諧波不會(huì )傳到電動(dòng)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(dòng)方式，使提升機在減速段可將部分機械能轉變?yōu)殡娔芑仞伒诫娋W(wǎng)，并自然過(guò)渡到爬行階段，實(shí)現穩定的低速爬行。通過(guò)采用數字控制技術(shù)，其控制性能得到大大改善。本系統為速度、電流雙閉環(huán)控制，充分利用了SIMOREGK6RA24的基本控制功能。主要由以下幾個(gè)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(dòng)調節、邏輯操作、故障診斷、自動(dòng)優(yōu)化和運行狀態(tài)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(kāi)關(guān)量輸入、輸出板；

（4）智能化A/D，D/A板；

（5）總線(xiàn)板。

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

圖2中，3個(gè)電流反饋信號經(jīng)電流互感器檢測，并由兩對采樣開(kāi)關(guān)整形后送入單片機；速度給定及速度反饋信號經(jīng)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(fā)脈沖信號由單片機的6個(gè)高速通道輸出，并由高頻調制信號一起送入邏輯門(mén)陣列電路，變換成互差60°的雙脈沖列，再經(jīng)放大和隔離，分別去觸發(fā)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。

傳動(dòng)裝置的工作狀態(tài)通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇?！皟瓤亍睍r(shí)通過(guò)主機面板按鍵進(jìn)行參數設置和裝置調試；“外控”時(shí)由操作臺接通傳動(dòng)裝置，通過(guò)主機串行接口RS232（485）施加主給定，使交流提升機低頻制動(dòng)過(guò)程操作實(shí)現自動(dòng)化。同時(shí)可利用6RA24的狀態(tài)字觀(guān)察晶閘管工作狀態(tài)反饋信號，讀出實(shí)際值及參數組的寫(xiě)入和儲存，完成各數據與PC的通訊。

5 應用實(shí)例

該交交變頻全數字拖動(dòng)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(gè)操作過(guò)程為PLC控制帶CRT監控。中信重機自動(dòng)化工程公司制造安裝，1998年12月投入使用。技術(shù)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(chǎn)。

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(dòng)控制，提高了提升機運行的安全性，具有顯著(zhù)的節能效果。有利于改善提升機制動(dòng)、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(chǎn)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(shù)先進(jìn)的標準產(chǎn)品，具有很高的可靠性，結合自行開(kāi)發(fā)的軟件和主電路控制系統，整套裝置具有較高的性能價(jià)格比。