광산 윈치 380V/660V에 IPC 가변 주파수 피드백 전자 제어 시스템 적용
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광산 윈치 380V/660V에 IPC 가변 주파수 피드백 전자 제어 시스템 적용
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광산 윈치 380V/660V에 IPC 가변 주파수 피드백 전자 제어 시스템 적용

본 논문은 주로 웰 윈치에 사용되는 IPC 가변 주파수 에너지 피드백 시스템의 응용 분야에 대해 설명합니다. 이 시스템은 호이스트 산업용 PH7 시리즈 특수 인버터와 PFH 시리즈 중부하 에너지 피드백 장비를 채택하고, 기존의 로터 직렬 저항 속도 제어 모드를 재구성하여 호이스트 모터의 회생 에너지를 전력망으로 되돌려 보냅니다.


1. 서론

광산 리프팅은 광산 생산 공정의 중요한 부분입니다. 지하의 다양한 작업장에서 채굴된 광석이나 석탄은 운송 장비로 지하 터널을 통해 지하 주차장으로 운반된 후, 리프팅 장비로 지상으로 들어 올립니다. 인력을 올리고 내리는 작업과 자재 및 장비의 운반에는 모두 리프팅 장비가 필요합니다. 이는 광산의 지하 생산 시스템과 지상 산업 단지를 연결하는 허브 역할을 하며, 광산 리프팅의 중요한 역할을 "광산의 목구멍"이라는 이미지로 표현하는데, 이는 매우 적절합니다. 광산 리프팅에 가장 일반적으로 사용되는 장비인 광산 리프팅 장비 또는 윈치는 신뢰성, 안전성, 그리고 경제성 측면에서 높은 기준을 요구합니다. 젠능(Jianeng)사의 리프팅 산업에서 사용하는 가변 주파수 피드백 전기 제어 시스템은 천저우시 이장현 창서 은광의 윈치 리노베이션에 성공적으로 사용되었습니다. 본 글에서는 이 시스템의 적용 사례를 자세히 소개합니다.

2. 광산 윈치의 전기 전송 요구 사항

1. 광산 윈치의 하중 특성

무거운 물체가 올라갈 때, 모터는 다양한 저항(물체의 무게와 마찰 포함)을 극복해야 하는데, 이는 저항 부하에 속합니다.

무거운 물체가 내려갈 때, 중력 가속도(위치 에너지)에 따라 하강하는 능력 때문에, 무거운 물체의 중력이 전달 기구의 마찰 저항보다 클 때, 무거운 물체 자체의 중력(위치 에너지)이 하강의 원동력이 되고, 모터는 에너지를 받는 쪽이 되어 동력 부하에 속합니다.

2. 광산 윈치 모터 운전자에 대한 요구 사항

① 높은 시동 토크와 양호한 속도 조절 특성;

② 과부하 용량이 강함;

③ 저주파에서는 큰 토크를 출력할 수 있으며, 정지 시 미끄러지지 않습니다.

④ 하강 시 모터는 많은 양의 회생 에너지를 발생시키므로, 모터의 회생 에너지를 합리적으로 처리할 수 있어야 합니다.

3. 광산 윈치용 기존 제어 시스템의 단점

① 높은 에너지 소비

광산 윈치의 기존 속도 제어 방식은 권선 모터 로터 직렬 저항 속도 제어입니다. 이 제어 시스템은 로터와 직렬로 연결된 저항에 많은 슬립 전력(일반적으로 전체 에너지 소비량의 30% 이상)을 소모하여 상당한 전기 에너지 낭비를 초래합니다. 에너지 절약 및 경제성 측면에서 이 방식은 권장되지 않습니다.

② 속도 조절 성능 저하

로터 직렬 저항 속도 조절 방식은 점진적 속도 조절에 속하며, 속도 감소는 로터 외부 저항의 에너지 소비를 통해 달성됩니다. 가장 중요한 점은 속도가 낮을수록 모터의 기계적 특성이 약해지고 출력 토크가 작아진다는 것입니다. 더욱이 점진적 속도 조절은 모터 및 기계 장비에 상당한 영향을 미쳐 장비 작동 불안정, 속도 조절 불연속, 탈선 발생 가능성, 높은 고장률을 초래합니다. 석탄 광산의 24시간 연속 생산 모드에는 상당한 경제적 손실이 발생합니다.

③ 시스템 신뢰성이 낮음

접촉기의 잦은 개폐(접촉기는 고전류 조건에서 자주 개폐됨)로 인해 접촉기 접점의 소결 및 코일의 연소가 발생하는 경우가 많습니다.

보호 조치가 부족하면 쉽게 모터가 소손될 수 있습니다.

C 브레이크는 상당한 충격을 받으며, 브레이크 패드가 심하게 마모되어 브레이크가 단단히 고정되지 않아 잦은 유지관리 및 교체가 필요합니다.

④ 유지관리 비용이 높다

접촉기, 권선형 모터 회전자 브러시, 슬립 링은 종종 유지 관리와 교체가 필요하며 비용이 많이 듭니다.

감속기와 브레이크는 큰 영향을 받으며, 종종 유지관리가 필요합니다.

C형 로터 직렬 저항 속도 조절 방식의 특성상 궁극적으로 생산 효율이 제한적(정지 및 유지보수 시 잦은 고장), 유지보수 작업량이 과중해지고, 사용 및 유지보수 비용이 증가하는 문제가 발생합니다.

4. 광산 윈치용 주파수 변환 피드백 전기 제어 시스템의 장점

① 주파수 변환기는 속도 조절 성능이 좋고, 시동 토크가 크고, 기계적 특성이 견고하며, 위치 결정이 정확합니다.

② 주파수 변환기는 원활하게 작동하며 감속기와 브레이크에 미치는 영향을 최소화하여 장비 유지 보수를 줄이고 호이스트의 수명을 연장합니다.

③ 주파수 변환기 사용 후에는 더 이상 접촉기를 사용할 필요가 없으며, 브러시 및 슬립링의 유지 보수가 필요 없이 권선형 모터도 농형 모터로 변경할 수 있습니다.

④ 주파수 변환기는 높은 작동 효율을 자랑하며, 모터 및 시스템에 대한 완벽한 보호, 모니터링 및 자가 진단 기능을 갖추고 있습니다. PLC 제어와 결합하면 광산 윈치 전기 제어 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

⑤ 에너지 피드백 기능은 모터의 재생 에너지를 전력망에 피드백하여 전력을 대폭 절감할 수 있습니다.

3. 광산 윈치(380V) 에너지 절약 개조에 IPC 주파수 변환 피드백 전자 제어 시스템 적용

광산 윈치 장비의 부하 특성 및 제어 요구 사항에 따라 가변 주파수 피드백 전기 제어 시스템의 주요 구성은 다음과 같습니다.

 

프로젝트

매개변수

비고

시스템 주파수 변환기

PH7-04-075NDC

75KW/165A/380V

1개 단위

시스템 에너지 피드백 장치

PFH55-4

정격 전류: 55A, 피크 전류: 80A

1개 단위

시스템 PLC

지멘스 S7-200

CPU224/AC/DC/릴레이

6ES7 214-1BD23-0XB8


Description

3. 광산 윈치 주파수 변환 피드백을 위한 에너지 절약 변환 시스템

광산 윈치 시스템 개조 후, 광산 윈치 리프팅 메커니즘의 모터는 무단 변속이 가능해져 리프팅 메커니즘의 제어 성능이 크게 향상되고 모터 및 기계 부품에 가해지는 큰 부담이 줄었습니다. 동시에 에너지 피드백을 통해 모터의 회생 에너지를 전력망으로 되돌려 보내 전력을 크게 절감하고, 현장 장비 작동 시 주변 온도를 낮추며, 전기 장비의 수명을 연장할 수 있습니다. 에너지 절약형 개조 시스템은 주파수 변환기와 에너지 피드백 장치(PLC)로 구성된 두 개의 제어 캐비닛으로 구성됩니다. 접촉기 및 기타 구성 요소의 구체적인 기능은 다음과 같습니다.

1. 시스템 변환 후 모터의 가변 주파수 피드백 제어 모드는 원래 로터 직렬 저항 전력 주파수 제어 모드로 자유롭게 전환할 수 있으며 두 제어 모드는 전기적으로 연동되어 시스템 작동의 안전을 보장합니다.

2. 시스템 개조 후에도 광산 윈치의 원래 작동 모드와 습관, 즉 원래 캠 컨트롤러의 기어 제어 및 작동 모드가 그대로 유지됩니다. 이를 통해 광산 윈치 작업자의 정상적인 작동에 영향을 미치지 않고 광산 윈치의 특수 장비 검사가 적격성을 갖도록 보장합니다.

3. 리프팅 메커니즘의 가변 주파수 피드백 전기 제어 시스템은 단락, 과전압, 과전류, 결상, 과부하 및 과열과 같은 다양한 보호 기능을 갖추고 있어 광산 윈치의 리프팅 메커니즘을 최대한 보호합니다.

4. 이 시스템은 주파수 변환기를 사용하여 리프팅 메커니즘 모터를 구동합니다. 모터가 하강할 잠재 하중을 구동할 때 모터는 회생 전력을 생산합니다. 에너지 피드백 장치는 발전 상태에서 모터의 회생 에너지를 전력망으로 피드백하여 가변 주파수 시스템의 정상 작동을 보장하고 전력을 크게 절약합니다.


4. 시스템 디버깅

① PLC 프로그램 및 제어 회로 디버깅. 장비 설치가 완료된 후 제어 회로에 전원을 공급하고 주 회로에는 전원을 공급하지 않습니다. 제어 회로 및 PLC 프로그램 디버깅을 수행하여 제어 회로와 PLC의 정확한 논리 제어 및 모든 구성 요소의 정상 작동을 보장합니다.

② 주파수 변환기의 디버깅.

광산 윈치 모터를 감속기에서 분리하고, 주파수 변환기의 무부하 운전에는 V/F 제어 모드를 사용하십시오. 모터의 안정적이고 정상적인 작동을 보장하기 위해 모터를 드래그하고, 주파수 변환기의 출력 전압과 전류가 정상인지 확인하십시오.

광산 윈치 모터를 감속기에서 분리하고, 주파수 변환기에 PG 프리 벡터 제어 방식을 사용하여 회전 자체 학습을 수행하고 모터 파라미터를 얻습니다. 그런 다음, 무부하 운전 시 PG 프리 벡터 제어 방식을 사용하여 모터를 드래그하고 해당 파라미터를 조정하여 모터의 안정적인 작동을 보장합니다. 주파수 변환기의 출력 전압과 전류는 정상입니다.

윈치 모터를 감속기에 연결하고, 주파수 변환기에는 PG 프리 벡터 제어를 사용하십시오. 모터의 안정적인 작동을 위해 주파수 변환기를 부하와 함께 작동시키십시오.

③ 에너지 피드백 장치의 디버깅.

광산 윈치에 무부하 및 중부하 하강 시험을 실시하고, 에너지 피드백 장치의 피드백 동작 전압 값을 정확하게 설정하여 주파수 변환기와 에너지 피드백 시스템의 정상 작동을 보장합니다.

④ 시스템의 전반적인 디버깅 및 운영.

전체 시스템에 대한 전반적인 테스트를 통해 광산 윈치가 무부하 상태에서 상승 및 하강하고, 고부하 상태에서 상승 및 하강하며, 각 기어의 속도가 요구 사항을 충족하고, 기어 변속이 정상적이며, 주파수 변환기와 에너지 피드백 장치가 정상적으로 작동하는지 확인합니다. 또한, 작업 및 주파수 변환 스위칭 테스트를 통해 스위칭 및 전력 주파수 작동이 정상적으로 이루어지는지 확인합니다.

4. 광산 윈치 에너지 절감 개조에 있어서 IPC 주파수 변환 피드백 전기 제어 시스템의 적용 효과 및 고객 평가

시스템의 실제 작동은 광산 윈치의 에너지 절약 개조에 IPC 가변 주파수 피드백 전기 제어 시스템을 적용해도 광산 윈치의 원래 작동 모드가 변경되지 않고 원래 핸드 브레이크를 기본적으로 더 이상 사용할 수 없어 작동이 간소화됨을 입증했습니다. 시스템은 안정적이고 신뢰할 수 있게 작동하며 속도 조절 성능이 뛰어나고 시동 토크가 크고 저주파 토크 출력이 높습니다. 메커니즘이 낮아지면 모터의 재생 전력으로 생성된 잉여 전력이 그리드로 피드백되어 에너지를 크게 절약합니다. 고객은 광산 윈치의 에너지 절약 개조에서 IPC 가변 주파수 피드백 전자 제어 시스템의 효과에 매우 만족하고 있습니다. 실제 측정 후 IPC 가변 주파수 피드백 전자 제어 시스템은 원래 광산 윈치 권선 모터 로터 직렬 저항 속도 조절 방식에 비해 전기 에너지를 28% 이상 절약할 수 있습니다.

5. 결론

IPC 주파수 변환 피드백 전자 제어 시스템을 광산 윈치의 에너지 절약형 변환에 적용함으로써 광업 윈치 장비의 자동화 수준이 향상되었고, 광업 산업 장비의 업그레이드도 가속화되었습니다. 이는 광업의 생산 능력 향상 및 안전 생산 확보에 매우 긍정적인 역할을 했습니다.

더욱 중요한 것은, 광산 호이스트 윈치 장비는 대규모 광산 장비에 속하며, 에너지 소비량이 전체 광산 생산 에너지 소비량에서 상당한 비중을 차지한다는 점입니다. 권선형 모터 로터 직렬 저항 속도 제어 시스템과 비교했을 때, 가변 주파수 피드백 전기 제어 시스템은 전력을 크게 절약하여 생산 비용을 실질적으로 절감하고 광산 산업에 경제적 이익을 창출할 수 있습니다.