高炉运送矿石用的卷扬机如图所示 浅析高炉卷扬机系统的工作原理及其改进措施
时间：2019-04-07 03:16:37 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】文章介绍了运用变频器对炼铁高炉上料机的老式调速系统进行了改造。并介绍了高炉上料卷扬机的工作原理和系统改造方案。本文针对某钢铁有限公司的一座300m3高炉上料卷扬机的原老式串电阻调速系统进行了变频调速改造。
【关键词】高炉料车；变频调速; 改造方案
1.高炉料车原系统工作情况
该300m3高炉采用斜桥式卷扬上料机，主要由斜桥、料车、卷扬机三部分组成。料车的上行轨道分为三段，料坑段、中间行进段、卸料段。料车在轨道上运行要求平稳，钢绳张力无急剧变化，禁止出现严重冲击现象，以免料车进入炉内发生事故。
原上料系统由一台卷扬机拖动两台料车，料车位于轨道斜面上。工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料的料车上升时，空料车下行，空车重量相当于一个平衡锤，平衡了重料车的车厢自重。这样两个料车用一个卷扬机拖动，电机运转时总有一个重料车上行，没有空行程。运行过程中电机始终处于负载状态。原系统由一台100kW 绕线式电机拖动，调速方法为电动机转子回路串入5段外接电阻R1—R5。由接触器KM1—KM4 的状态来决定串入电阻的多少，从而调整电机的运行速度。原调速系统的电路见图1。
2.系统改造方案
高炉上料机拖动系统由一台电机外加串电阻继电器控制回路构成。本次改造采用新型的交流变频调速技术取代原电动机转子回路串电阻的调速方式。用PLC代替原来的继电器—接触器控制方式，完成系逻辑电路部分控制。电动机的正转、反转、调速等控制信号进入PLC，经处理后向变频器发出起停、调速等信号，控制电动机工作。改造后系统结构见图2。
2.1 电机的选择
该高炉上料卷扬机原采用JZR2-72-10，100kW电机，若改动电机型号投资过大。本次改造不更换电机型号，只将电机转子线短接，使变频器对定子进行控制。
2.2 变频器的选用
变频器的容量及选型，应注意以下几方面的问题:
① 高炉卷扬系统具有恒转矩特性，重载启动，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。变频器的选用通常应根据电机的额定电流来选择，或者根据电机实际运行中的电流值(最大值)来选择。通常应满足下式要求:I1nv≥(1.05～1.10)In或(1.05～1.10)Imax式中，I1nv为变频器额定输出电流(A);In为-电动机的额定电流(A);Imax为电动机实际最大电流(A);(1.05～1.1)为电流波形修正系数。变频器的过载能力通常为1.5min，这只是对于在电动机的启动或制动过程才有意义，不能作为变频器选型的最大电流来考虑。因此，在选择变频器容量时，应比变频器说明书中的配用电动机容量加大一档至二档，并应具有无反馈矢量控制功能，使电动机在整个调速范围内，具有真正的恒转矩，满足负载特性要求。我们选用日本安川公司的VS-616G5 系列变频器。此变频器具有全磁通矢量控制，在低频下也能提供150%额定转矩的起动转矩，保证了电机在低频起动时有足够的力矩，防止料车溜滑的发生。
② 制动问题。料车在减速或定位停车时，应注意选择相应的制动单元及制动电阻。通过变频调速系统对卷扬下降时电机制动再生的电能采取变频器内置的制动回路外接制动电阻变为热能消耗的方式。为防止提升或下降时因矿山轨道可能产生的有时脱轨停车，必须采取液压制动器和手动制动器进行机械制动。为防止溜车的控制，由外部加装的直流制动给电机加直流电源将电机瞬时减速，液压制动器启动抱闸动作。防止溜车故障解除后，可恢复正常运行状态。当变频器收到正转( 或反转) 指令后，经过0.5s 延时后打开抱闸，料车上行。随着低段速的选通，电机处于爬行状态，当PLC检测到终点信号时，发出停车命令，变频器封锁输出执行自由停止，同时关闭抱闸。如此控制抱闸既防止变频器过流保护。又防止料车下滑。
3.变频调速控制系统
料车在斜桥上的运动分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动六个阶段。在生产实际中，一般有三档速度控制。改造后的卷扬机变频调速控制系统接线及原理图如图3 所示。
按照工艺要求，整个料车运行过程设定了两个运转方向和两级加减速度，变频器的运行控制由现场主令控制器和PLC 配合来实现。通过现场主令控制器信号的调整可以确定卷扬料车的运行方向、停车位置及一级和二级加减速控制信号。各控制信号经PLC处理后，送变频器控制端子，配合适当的变频器控制参数来实现对变频器运行的控制。变频器工作运行参数可通过变频器上的键盘进行设定，还可以设定各种保护参数对系统运行中的过电流、过电压等主要故障进行保护，减少了外部保护器件的数量，提高了保护的可靠性。
卷扬机变频控制系统具有自动和手动两种操作方式。自动操作方式主要通过总控PLC 自动控制料车上料和下料。手动操作方式主要用于设备调试、系统故障检修、极限调试和紧钢绳及变频器故障时使用。主卷扬料车设高、中、低三级速度控制。由变频器多段转速设定，满足技术、生产工艺对上料时间的要求。变频器加速模式按双S 型设定，以保证料车出料坑时低速运行，出料坑后尽快平稳达到高速，到达炉顶前快速平稳减至低速，确保准确停车，提高料车运行的安全性。
料车卷扬系统是炼铁生产中的重要环节，因此拖动控制系统应保持绝对安全可靠，系统的故障检测和诊断应完善。为了保证控制系统的安全性与稳定性，避免料车失控发生飞车事故进而导致高炉停产，休风等严重事故的发生。本系统将一系列可能发生的故障和可能导致危险发生的情况，如超极限、超速、过流、过载、松绳等的开关量进行串联汇总于一个零压保护回路中。在无故障情况下，零压回路为闭合状态主回路接通，系统正常工作。如果出现在零压回路中的任何一种危险则零压回路断开，此时串连至主回路中的触点断开，变频器进线侧的主回路断电，系统停止工作，卷扬电机抱闸，整个传动装置迅速停车，从而避免事故的发生。
4.结语
采用变频器对该300m3高炉卷扬机调速系统改造后，系统由于省去了切换转子串电阻的交流接触器、串联电阻等电气元件，电气控制线路大为简化。料车卷扬机启动平稳，转矩大，加减速平滑，停车位置准确，料车卷扬机钢丝绳的使用寿命也大大延长。系统改造至今运行十个月，没有发生料车落道飞车等事故。采用变频调速后，系统运行机械特性明显，负载变化时各档速度基本不变，轻载时也不会因操作不当而出现失控现象。变频器还可根据现场情况，方便地调整各档速度和加减速时间，使操作更加灵活迅速。采用变频调速同时也实现了电机的软起动，避免了机械受大力矩冲击的损伤和破坏，减少了机械维护及检修费用，提高了设备的运行效率。
实践证明本次改造是成功的。
参考文献
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