【doc】矿用电铲电气控制系统的发展

【doc】矿用电铲电气控制系统的发展 矿用电铲电气控制系统的发展 SeriesNo273 March1999 金属矿山 METAIM【NE 总第273期 1999年第3期 ? 机电与自动化? 一矿用电铲电气控制系统的发展 王志伟 (皋锕南莽铁矿) -fD够2-?} 6弓2?; 摘要根据露天矿山所使用电铲的措革.了不同时期电铲电器控制系统的特点,介绍了罱新 型电铲的电气控制系统. 关键词电铲电气控制未统可控硅——,—————?,———励磁发电机 EvolutionoftheElectricControlSystemforh?ne_ElectricalShovels WangZhiwei. (Nanf~mMine.BeaxiMandSteel.) AbstractInlightoftheevolutic~ofthedectricalshovelsforopen—pitmining.theehers~erisdcs.fthe electriccontrolsystem.felectricals~vds.fdifferentper[edsarear~alysedandthenewesttype 0lleispresent. ed. KeywoedsE[ectricshovels,Electricmmrolsystem,Controlledsilheon.Excitinggenerator 南芬露天铁矿是本钢重要的矿石基地.也 是全国最大的冶金露天开采矿山之一.年采矿 石700余万t.建国以来,南芬矿先后投入使用 的电铲达30余台.其中包括W一4,D一4,WK.10, 9Kr一12.5,DKF-15,195.B,2100BL及最新引进 的295B一?型电铲.这些电铲的共同特点是都 采用直流发电机一电动机机组(简称F.D)系统 来完成提升,回转,行走,推压各主要机构的工 作.可以说南芬矿电铲设备更新发展的历史同 时也是矿用电铲电气控制系统发展的历史.它 经历了从三绕组(w一4,D-4)到磁放大器控制的 发电机一电动机机组的调速系统(WK.4,WK. 10).直至可控硅励磁发电机一电动机机组的调 速系统(DKF-125,WK一4)几个阶段本文仅 从电气控制系统发展的5个阶段针对不同型号 的电铲的电气控制系统的特点进行简要分析与 展望: l3F.D拖动系统 3F—D拖动系统即3绕组发电机,电动讥 ' 系统.60年代中期投入使用的W.4型及D-4 型电铲即为3绕组电铲.3绕组电铲的最大特 点是控制简单.3绕组中的他激绕组为基本绕 组.它决定发电机的电压方向发电机的端电压 随负载大小而变化.当电动机空载(轻载)时. 发电机电压较高.并激绕组磁场很强.较强的 并激绕组可使发电机电压增高,这时串擞绕组 作用又很弱.所以就提高了电动机空载(或轻 载)速度. 当电动机负载很大时.发电机电枢电流必 然很大.反方向的串激磁场强烈的去磁作用使 发电机的端电压下降.随电压的下降.并激绕 组的磁场也减小.这样在负载过大时.发电机 的电压迅速下降.接近零值而使电动机堵转. 所以利用这种特性.可以不增加专门的保险装 置.当电动机的负荷达到额定值的250%, 300%时,发电讥的电压降至零,电动机不转 王志伟.奉钢南替露铁矿电气车问.工氍帅.I17IN)0辽宁省 l奉溪市南芬. ? 37- 总第273期金属矿山1999年第3期 但这时发电机短路,其电流达到额定电流的 250%,300%.因此,只能在短时间内担负起 这种负荷,时间过长,会引起绕组烧坏. 2C-F-D拖动系统 C-F-D拖动系统,即磁放大器——单绕组 发电机——电动机闭合供电系统.主要应用在 WK.4的先期产品上.与三绕组供电系统相似 之处都是高压电机同轴连接推压,提升,回转及 励磁4个发电机组成交流机组,各发电机的磁 场分别由各自的磁放大器(F)控制. 系统的特点在于闭合的供电回路中,同时 具有电压负反馈回路及电流负反馈回路,同时 电流负反馈中又加入了电流以截止环节.作为 控制发电机励磁中心环节的磁放大器,它的输 出特性由4个基本控制绕组来决定.这4个绕 组包括位移绕组WQ,给定绕组GQ,电流反馈 绕组LQ,电压负反馈绕组IQ. 3SCR.2F.D系统 SCR-2F—D系统,即可控硅盛磁一双它励 发电机一电动机拖动系统.双它励发电机,就 是发电机主极磁铁上同时缠有两个极性相反的 它激绕组.它激绕组的电流的方向及大小由可 控硅控制,而SCR的开断与触发,借助磁放大 器触发装置来实现.磁放大器的触发装置是该 系统的中心环节,目前该系统广泛应用在80年 代中期WK一4双励磁电铲上.磁放大器触发装 置是控制可控硅触发最基本的触发方式之一, 属于交流移相触发方式的一种. 磁放大器触发装置的基本原理.是利用磁 放大器输出非线性的特点,产生脉冲电压. 图1是具有双它励磁放大器触发系统.图 中CF1和cF2是2台具有内反馈的磁放大器, 它们的输出分别接向脉冲变压器MB1和MB2 的一次侧. 2台磁放大器也因给定绕组串联反接,在 给定绕组获得电流后,使其中1台处于正反馈 工作状态,另1台处于负反馈工作状态F工作. 处在正反馈下工作的输出电压v送给脉冲变 压器MB1(或MB2),咏冲变压器二次侧感应出 , 38? 相应的电流,这个电压经降压电阻R11和R12 以及稳压管Wll和W12,限流二极管Z11和 Z12的串联.加给被触发的可控硅KZ1和 KZ2,使触发的脉冲更理想. IbI KZ】 KZ{ KZl K 囝1磁放大器触发系统 4SCR.D系统 D系统.即可控硅一电动机直接供电 SCR— 系统.它的控制应用在具有代性的PH一 2300XP和PH-2800XP型电铲上.我国太原重 型机器厂和第一重型机器厂分别承担仿制的 PH-2300XP和PH一2800XP挖掘机先后出厂. 并已在现场投入使用.以PH_230(】xP为倒,它 与我矿引进的195B,295]3-II型及PH一2100BL 型电铲的电气传动性能相比,有明显的改进和 提高.在舍弃了直流发电机一电动机传统的供 电形式的基础上,整个电气系统均采用可控硅 供电,提升机构选用两台540kw的直流电动 机拖动.推压机构选用一台容量为298kW的 直流电动机拖动.回转机构选用两台190kw 的直流电动机拖动,行走机构选用两台298kW 半小时工作制的直流电动机拖动.两台提升可 控硅整流装置和两台提升直流电动机串联,推 压机构直流电动机由推压/行走可控硅整流调 速装置供电,回转机构由两台回转直流电动机 串联后由单独的回转可控硅装置供电.由于行 走机构,推压机构,提升机构不同时工作.两台 行走电动机分别与提升直流电动机,推压电动 机共有可控硅整流调速装电气传动如图2 所示. 每台电动机均有独立的励磁绕组和威磁系 王志伟:矿用电铲电气控制帛统的发展1999年第3期 统.上述各套可控硅直流调速装置都是由两组 可控硅整流桥反并联组成,正反向切换,以实现 电动机的正反转.由于提升,推压机构的运行 特性,决定了可控硅整流调速装置经常处于低 功率因素下运行.为了提高功率因素,该挖掘 机电气控制系统采用了电容器固定补偿和由电 子元件检测实现自动补偿相结合. 围2PH.2300XP型挖掘机电气传动系统 sAcutrol系统 目前由西门子公司研制的Acutrol系统已 广泛应用在295B.m型,395B—I型,395B-?型 495B等型电铲上.与前面介绍的电铲电气控 制系统相比具有省电节能,调速性能好,可靠性 高,维护量最小,功率因素高达0.95及效率高 的优点.是公认的电铲电气传动的发展方向. 美国B-E公司生产的395B型电铲系80年代 定型产品,其电气传动部分采用德国西门子公 司配套生产的变频驱动系统,选用包括交流感 应电动机和固态电子控制部分一脉冲宽度调制 (PWM)的电压型逆变器.其电气传动主回路 如图3所示. 4台相同的79OkvA的PWM逆变器由公 共母线馈电,母线从三相硅整流桥得到直流电 源.4台逆变器分别供给提升电动机,推压电动 机与回转电动机,电铲行走时不能使用提升传 动装置,操作开关可以使两台并联的PWM逆 变器向行走电动机供电.该系统制动时能量不 能反馈回电同,当电铲某工作机构再生制动时, 其再生能量传送到电窖器中储存,然后向其它 工作在电动状态的工作机构传动系统供电,转 换器控制的阻尼电阻吸收过剩的制动能量并作 为母线断电时所有传动装置的电气制动. 图3395B型电铲电气传动主回路 总之.以395B型电铲为代表的交流变频 调逮Acutrol系统是当今电铲电气传动发展的 方向.它代表了当今世界上电铲行业电气传动 技术的最高水平.独特的静态交流控制一 Acutrol标志着电铲电气传动技术翻开了划时 代的一页.也就是说电铲电气传动是经历了从 三绕组发电机一电动机机组调速系统(国产 D-4,W一4型电铲)到磁放大器的发电机一电动 机机组的调速系统(国产WK一4型电铲),从可 控硅励磁的发电机一电动机机组调速系统 (PH_2100一BL型及:~KI'-12.5)到可控硅供电的 直流电动机调速系统(PH一2300XP, PH一2800XP型电铲)等4个阶段后.传动的 Leonard控制方式不再是电铲行业电气控制的 唯一选择;多年来直流电机一统天下的局面已 披打破,以395B型电铲电气传动系统为主要 研究对象的消化,引进,改造及创新工作顺理成 章地成为我国电铲行业赶超世界先进水平的重 要环节.可以说将Acutro[系统移植到国产大 中型电铲电气传动控制系统中,以求填补国内 空白,对于推动电铲电气传动技术的更新换代 具有深远意义. f收稿日期1998—10—30)