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详解低频制动交交变频全数字控制的主电路设计

时间:2022-06-27 15:00:00

矿井电梯中使用的交流绕组电机通常通过切换其转子电阻来调整速度。但电机通过转子电阻获得的低速运行特性较软。当电梯容器通过给定的减速点时,由于负载不同,减速度不同,无法达到稳定的低速爬行,最终导致停车位置不准确,无法正常装卸。通过操作人员同时使用机械闸门,利用闸门制动和电机拖动的合成特性,获得所需的减速和低速爬行。这样,不仅功耗大,闸瓦磨损大,而且操作人员工作非常紧张,安全可靠性差。


晶闸管串级调速自动化提升机可获得更好的控制特性。但是电子控制设备多,容量大。为了获得减速阶段的制动扭矩,还需要一套制动装置,使系统复杂,增加投资。尤其是500kW上述绕线电机的转子电压约为700V左右,使晶闸管装置的选择困难。


当交流提升机只采用动力制动时,减速爬行阶段就要出现制动-电动、电动-制动的多次转换,才能获得平均的、而非平稳的爬行速度,能满足爬行距离较长的提升机。这种方法要求主减速器有两个主轴,并增加气囊离合器,增加了机械结构和制造过程的复杂性。动力制动的最大弱点是不能提供正力矩。当系统需要低速正力爬行时,要从动力制动转换到高压状态工作,实行爬行阶段二次给电的脉冲爬行。这种方法机械特性较软,不易控制。


采用低频制动,电机定子绕组从三相电网(6kV,50Hz)断开后,连接到具有相同电压相序的低频电源。电梯的低频拖动使电机在减速阶段在再生发电制动区和爬行阶段运行。此外,电机从制动状态到电动状态的自然过渡。交流变频器作为一种在大功率、低速范围内应用良好的交流调速方案,其频率范围易于调整,适用于各种操作的交流电梯。数字化是现代传动技术的发展趋势,实现全数字控制是交流电梯自动化的新课题。


交-交变频器


交交变频调速系统是一种变频调速系统,变频调速系统,直接将高固定频率的电压转换为低频率的变频调速系统。每个相均由两组(正负组)三相全波变流器组成。输出的整流电压为:


Ud=Ud0cosαp=-Ud0cosαN(1)


式中:αP——正组整流器控制角;


αN——负组整流器控制角;


Ud0——α=0°平均输出电压。


交变频器输出电压的基波为正弦波,即:


Ud=Udmsinω1t(2)



cosαP=(Udm/Ud0)sinω1t=ksinω1t(3)


式中:k——输出电压比,k=Udm/Ud0;


ω——输出电压基波的角频率。


输出电压的频率可以通过改变正负整流器触发角的频率来改变;改变输出电压比k值,即可改变输出电压值。


交流变频器通过两组反并联晶闸管交替工作,产生相低频交流电压供应负载,存在环流问题。交流变频器一般适用于可逆直流传动中使用的工作模式(如逻辑无环流、错位无环流、可控环流)。交流变频器的主电路和基本控制部分可采用直流传动的相同部件和技术。


主电路接线及其特点


SIMOREGK6RA24是SIEMENS紧凑型三相交流直接供电的全数字直流调速装置设计了15个电流范围A~120A。基于高性能的16位微处理器,采用参数组态软件实现调速传动控制系统的各种控制功能,技术水平较高。全数字交变频系统采用三台6台RA由24组成,主电路为三相桥式,速度-电流双闭环控制,逻辑无环流工作模式。外环为速度环,实现精确的速度控制,内环为三个电流环,满足三相电流的平衡和协调,交流调节三相电流,使输出电流波形为正弦波。主电路接线如图1所示。


图1交变频器主电路接线图


从图1可以看出,该系统构成了三相桥式6脉波接线交换变频器。相电压分别为UOR,UOS,UOT,彼此相差120°,作为三相电压输出。这种联结可使在选用的晶闸管承受电压较低的情况下,提高装置的输出电压。如果3个相电压中含有同样的直流分量,由于采用星形联结,线电压中不含有直流分量,变频器输出到负载的电压波中也不会出现直流分量。从而改善了变频器的输入功率因数。如果3个相电压中含有3,6,9等次谐波,由于这些谐波彼此同相,在该接线(Y 连接输出)也相互抵消,不反映在负载和线路电压上,即输出相电压中的三倍频谐波不会传输到电机端。因此,该系统输出功率大,高谐波少,输出波形好,工作可靠。


控制系统构成


低频制动模式使电梯在减速段将部分机械能转化为电能,并自然过渡到爬行阶段,实现稳定的低速爬行。通过数字控制技术,其控制性能得到了很大的提高。该系统是速度和电流的双闭环控制SIMOREGK6RA24基本控制功能。主要由以下部分组成:


(1)主板。核心为16位单片机,完成系统自动调节、逻辑操作、故障诊断、自动优化、运行状态和故障显示;


(2)信号板。控制电源分配、电流反馈信号传输、脉冲信号隔离放大、操作链等。


(3)光电隔离开关输入输出板;


(4)智能化A/D,D/A板;


(5)总线板。


各功能控制通过外部总线形成一个控制系统,共同完成各种控制任务。数字控制结构框图如图2所示。


图2中,通过电流互感器检测三个电流反馈信号,两对采样开关进入单片机;通过滤波电路和绝对值电路转换,将速度给定和速度反馈信号送入每组单片机。电流和速度调节由计算机软件完成。数字触发脉冲信号由单片机的六个高速通道输出,并由高频调制信号输入逻辑门阵列电路,转换为60个相互差°通过放大和隔离,双脉冲列分别触发各相功率组件。所有的调节和控制都是数字化的,以确保系统的调节精度。


图2数字控制结构框图


交通变频器用于研究交流提升机控制系统


通过开关选择传动装置的工作状态。内部控制通过主机面板按钮设置参数和设备调试;外部控制通过主机串行接口连接到传动装置RS232(485)施加主给定,使交流电梯的低频制动过程自动化。同时,6RA24状态字观察晶闸管工作状态反馈信号,读取实际值和参数组的写入和存储,完成各种数据和PC的通讯。


应用实例


交变频全数字拖动控制系统用于某矿主井,提升机型号JKMD-2.25×4E,AC6kV,800kW。其定转子电路采用真空接触器换向,整个操作过程为PLC控制带CRT监控。中信重机自动化工程有限公司于1998年12月投入使用。技术性能完全符合设计要求,运行效果好,确保设备安全生产。


结论


(1)交流电梯的拖动控制采用全数控交变频装置作为低频电源,提高了电梯运行的安全性,具有显著的节能效果。有利于提高电梯制动爬行阶段的控制性能,缩短爬行距离,缩短提升周期,提高生产能力。


(2)根据系统的运行结果,该装置可适用于矿井电梯的各种运输形式。由于控制器硬件采用SIEMENS公司技术先进的标准产品可靠性高。结合自主开发的软件和主电路控制系统,整套设备性能价格比高。

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