变频技术在煤场斗轮堆取料机上的应用

1、        摘要：珠海发电厂煤场斗轮堆取料机悬臂回转机构采用电机变频调速技术实现了悬臂回转机构平稳调速的驱动控制。介绍了回转变频器的结构、各部分作用以及控制方法，阐述了变频技术的应用特性，并分析了回转变频器与热继电器、电抗器的配合使用，以及回转变频器的制动等问题。实践证明，电机变频调速技术是可靠的节能技术，能使发电厂输煤系统安全、稳定地运行。 关键词：输煤设备；斗轮堆取料机；回转机构；变频器 Frequency conversion technique applied to stackerreclaimer o

2、f coal yardYANG Min(Zhuhai Power Station, Zhuhai, Guangdong 519060, China) Abstract: Frequency control technique is applied to the stackerreclaimer of t h e coal yard in Zhuhai Power Station to enable stable control of the slewing device. This paper describes the structure, the functions of each par

3、t, the control method and the operating features of the slewing converter, analyzing its coordi nation with thermal relay and reactor as well as its braking, etc. Application r esults show that frequency control is a reliable and energysaving technique gu a ranteeing the safe and stable operation of

4、 the coal handling system in power plants. Key words: coal handling plant; bucketwheel stackerreclaimer; slewing dev ice; frequency converter 珠海发电厂一期工程2×700 MW燃煤机组，输煤系统是按最终装机容量设计的，全部输煤设备均为进口设备。煤场的2台斗轮堆取料机是一种集取煤和堆煤于一体的高效率设备，由连续运转的轮斗、悬臂回转、悬臂俯仰和大车行走等机构组成。其中悬臂回转机构采用了动态转矩矢量控制变频技术，使斗轮堆

5、取料机在堆、取煤作业时，在最短时间内实现悬臂回转机构的驱动控制，平稳地进行加、减速。 1斗轮堆取料机变频技术变频技术是先进的电力技术和计算机技术合二为一的高效节能技术。作为煤场堆、取料移动设备，斗轮堆取料机的悬臂回转机构倘若采用传统的全压工频驱动装置，则悬臂回转机构不能根据负荷侧堆煤量或取煤量来调整回转转速，势必造成电能的巨大浪费和设备寿命的降低，以及设备维修费用的增加。当用1台变频器拖动2台回转电动机及机械部件完成斗轮堆取料机悬臂±110°范围内的回转功能时，以上问题均可迎刃而解。1.1回转变频器的组成斗轮堆取料机悬臂回转机构所采用的变频器是低压交直交电压源型变频器，由主

6、回路和控制回路两部分组成，如图1所示。在主回路中，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出信号进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。控制回路完成对主回路的控制，以及对进行转矩计算的CPU和一些相应的电压、电流检测回路的控制。变频器的控制方式为PWM正弦曲线控制方式，即动态转矩矢量控制方式，由控制系统高速计算电动机驱动负载所需功率、最佳控制电压和电流矢量，最大限度地发挥电动机输出转矩的作用。 1.2变频技术在斗轮堆取料机中的使用特点回转变频器有全自动、手动和定速运行三种控制方式。在斗轮堆取料机司机室内可监视回转转速及实现远方自动或手动操作，也可直接通过变频器键盘面板或外

7、部通信接口进行点动运行操作。变频器具有低速软启动功能，可平滑地大范围调节回转电动机转速，还可根据煤量的多少将悬臂回转转矩调节至最佳。变频器与斗轮堆取料机PLC进行速度控制信号交流的基本回路为010直流模拟回路，当速度控制信号输入变频器时，将改变变频器的输出频率，即改变回转电动机的转速。变频器的U/f控制技术、可根据煤量调节输出 电压的节能操作和回转转速随悬臂转矩平滑补偿控制功能，均能体现斗轮堆取料机回转机构变频技术稳定、可靠的节能性。斗轮堆取料机其它电气设备的工频启动对电网的冲击是不可避免的，而回转变频器的瞬时低电压耐受功能，使斗轮堆取料机在电压由额定电压降至310 V时仍能继续运行，降低至3

8、10 V以下时能继续运行15 ms，尽可能地确保悬臂回转机构均匀、连续地进行堆、取料作业。回转变频器的过载能力极强，当过载电流达到150% 额定输出电流时，延时1 min动作；达到180%额定输出电流时，延时0.5 s动作。在堆、取煤过载或煤堆塌方等情况下，可有效地对回转电动机及机械设备进行过载保护，另外对回转电动机还有过电流、接地、保险熔断、过电压和过热保护等作用。1.3变频器与电机热继电器的控制技术通用的电气控制回路中热继电器是用来对电动机进行过载保护的，而变频器内已经设置了电子热保护装置，那么电气控制回路中是否还有必要设置热继电器呢？回答是肯定的。因为2台回转电动机只有1台变频器驱动，而

9、变频器的容量要比单台电动机的容量大得多，不可能对每台电动机进行过载保护，所以，每台电动机还需设置热继电器进行过载保护。由于在变频器的输出电流中有高次谐波存在，有可能引起热继电器误动作，因此，在变频调速系统中，一般应将热继电器的动作电流调大10%左右。依据下列公式设定热继电器的动作电流值： 式中：I变频器的运行电流；Ir变频器的额定输出电流。回转变频器额定输出电流为112 A，根据式（1）计算，回转变频器的运行范围为22.4134. 4 A。当MLA6187型回转电动机的电源为380 V，50 Hz时，电动机的额定电流为31 A。通常电动机的电流值在变频器的运行范围内，所以电动机的热偶动作值可设

10、置为31 A。 2变频器与电抗器的配合使用通常与变频器配套使用的电抗器有进线电抗器、直流电抗器和输出交流电抗器3种。斗轮机悬臂回转机构的变频器仅使用了直流电抗器和输出电抗器。2.1变频器未安装进线电抗器的原因由于电源容量为500kVA，且变频器的安装位置离大容量电源10m以外，根据图2，可不安装进线电抗器。 2.2变频器与直流电抗器的配合使用如图3所示，因变频器不能直接连接在大于10倍变频器容量的交流大容量电源上，所以要安装直流电抗器。 另外，斗轮堆取料机回转变频器的输入电源允许电压在（10%15%）额定电压的范围内波动，三相电源相间不平衡率不大于3%，频率在（5%5%）额定频率的范围内适量波

11、动。电压不平衡率K的计算公式为 根据式（2）计算可得，三相电源电压不平衡率大于3%，所以直流电抗器接在变频器主回路的整流环节与逆变环节之间是必要的，变频器与直流电抗器的有效配合可将功率因数提高到0.94，直流电抗器的限流作用能使变频器运行更稳定。实践证明，有直流电抗器连接的回转变频器，其主回路的输入电流由173 A降至99 A。2.3变频器与输出交流电抗器的配合使用变频器输出端和回转电动机之间安装输出交流电抗器也是十分必要的。输出交流电抗器的主要作用是补偿长线分布电容的影响，抑制变频器输出信号的谐波，降低变频器噪声。另外回转变频器采用低噪声控制电源系统，也会减少对周围电气控制设备的干扰。3回转

12、变频器的制动情况斗轮堆取料机悬臂回转机构的制动方式有电动抱闸制动和能耗制动两种工作方式。变频调速系统一般有电动和发电两种运行状态，具体到煤场，斗轮堆取料机在堆、取料作业时，尤其是取料作业时，悬臂回转角度有一定的区域限制，斗轮堆取料机悬臂回转为往复运动，每次循环为向左加速向左减速停止向右加速向右减速停止。如果此时电动机处于加速状态，回转电动机的作用力大于悬臂的阻力，电动机正常工作；当回转电动机转到额定转速后，由停止向左加速（或停止向右加速）过渡时，由于悬臂回转机构受原煤阻力和悬臂重力的作用，会对回转电动机产生一个反向加速度力，这就要求回转电动机通过变频调速、减小频率来实现减速。在频率减小的瞬间，

13、电动机的同步转速骤然下降，由于机械惯性，电动机的转子转速未变，当同步转速小于转子转速时，转子电流相位改变，电动机从电动状态变为发电状态，电动机轴上的转矩也相应变为制动转矩，电动机已处于再生制动状态，再生的电能经整流反馈到直流回路后，无法再通过整流桥回馈到电网，对于采用电压源的回转变频器，其中的大电容可吸收消耗电能，但由于大电容的电荷堆积效应，又使电流、电压升高，过高的直流电压势必会导致各种电气元件受损。处理这种再生电能的直接方法是能耗制动，回转变频器采用添加直流制动（包括制动单元和制动电阻两部分）的方法，即直接在回转变频器直流侧加装电阻单元，将再生电能消耗在功率电阻上，从而实现制动，并将再生电能转化为热能。变频器与制动单元、制动电阻的接线图如图4所示。直流制动时间不可设置太长，动作不可太频繁，否则将导致与回转变频器 连接的电抗器、电动机或其它输出回路电气元件过热而烧毁。悬臂回转机构中制动电阻采用 的是波纹电阻，其表面为立体波纹，并选用高阻无机涂层，有利于电阻散热和减少寄生电感 量，并且电阻丝不易老化，达到延长制动电阻使用寿命的目的。回转变频器与制动单元之间 的安装距离应不大于2m，制动单元与制动电阻之间的安装距离应不大于1