提升絞車變頻調(diào)速改造及效果分析

張芳房

福建省永安煤業(yè)有限責(zé)任公司，福建永安 366105

提升絞車變頻調(diào)速改造及效果分析

張芳房

福建省永安煤業(yè)有限責(zé)任公司，福建永安 366105

煤礦在用的提升絞車多數(shù)采用繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，存在調(diào)速不勻，發(fā)熱，能耗大，故障多等缺點(diǎn)。變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)提升絞車的無(wú)級(jí)調(diào)速控制，具有自動(dòng)控制，消除電阻器發(fā)熱，降低能耗，故障少，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本文敘述煤礦提升絞車變頻調(diào)速的改造及應(yīng)用效果。

煤礦；提升絞車；變頻調(diào)速；改造；節(jié)能；效果

0 引言

煤礦提升絞車擔(dān)負(fù)著斜井或立井的提升運(yùn)輸任務(wù)，是提升煤炭、矸石、材料及運(yùn)送人員的關(guān)鍵設(shè)備。煤礦在用的提升中，多數(shù)是采用繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，是能耗較大的設(shè)備。變頻調(diào)速的普遍應(yīng)用，為煤礦提升絞車的調(diào)速改造，開(kāi)辟了節(jié)能新途徑。在較少的投資改造后，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，降低能耗，故障少，維護(hù)方便等良好效果，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 提升絞車串電阻調(diào)速的缺點(diǎn)

1.1 有極調(diào)速，變速?zèng)_擊大

提升絞車串電阻調(diào)速，在加速或減速過(guò)程，其速度呈階梯式躍變，變速?zèng)_擊大，對(duì)提升鋼絲繩，提升容器及連接裝置等都產(chǎn)生較大的沖擊力，也容易造成提升容器脫軌掉道。在提升運(yùn)送人員時(shí)，其調(diào)速不勻稱，讓乘坐人員感覺(jué)不舒服。變速?zèng)_擊也給礦井提升安全帶來(lái)隱患。

1.2 電阻器易發(fā)熱，能耗大

提升絞車串電阻調(diào)速，在低速運(yùn)行階段，其能耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻器上消耗，電阻器易發(fā)熱，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。當(dāng)下放重物時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，由于沒(méi)有能量處理環(huán)節(jié)，大量的電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，據(jù)測(cè)定，約有30%的能量消耗在電阻器上，造成浪費(fèi)。同時(shí)也影響電阻器及電機(jī)的使用壽命。

1.3 啟動(dòng)電流大，力矩小

繞線式電機(jī)的啟動(dòng)電流達(dá)額定電流的2～3倍，給電網(wǎng)造成沖擊，特別是較大功率的提升機(jī)更為明顯。啟動(dòng)力矩小，帶負(fù)荷能力差。在低速和爬行階段。需要依靠制動(dòng)閘配合進(jìn)行速度控制，速度控制性能較差。

1.4 控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障多

提升絞車采用串電阻調(diào)速，其電控系統(tǒng)復(fù)雜，電器元件多，因頻繁的調(diào)速切換過(guò)程中，很容易使接觸器、電阻器、電機(jī)電刷等電器元件出現(xiàn)故障、失靈或損壞。維修費(fèi)用高，維護(hù)工作量大，影響礦井生產(chǎn)的機(jī)率高。

2 變頻調(diào)速改造措施

提升機(jī)的電控系統(tǒng)采用PLC精確控制，用變頻調(diào)速系統(tǒng)替代原串電阻調(diào)速系統(tǒng)。這里介紹保留原有的串電阻調(diào)速系統(tǒng)，改造時(shí)增加轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)在變頻調(diào)速或串電阻調(diào)速之間的靈活切換，達(dá)到兩套系統(tǒng)互為備用。具體接法如下。

2.1 主回路

主回路增加3個(gè)三刀雙向開(kāi)關(guān)（QS1、QS2、QS3）作為切換裝置，讓三相電源、定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈分別接至相應(yīng)開(kāi)關(guān)位置，實(shí)現(xiàn)切換。如圖1（a）、（b）所示。

當(dāng)處于變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，所有開(kāi)關(guān)切換至變頻位置，三相電源經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān) QS1、自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)QA接至變頻器輸入端子（R、S、T）（同時(shí)將零線接至變頻器零線端子N），變頻器輸出端子（U、V、W）經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS2接至電機(jī)定子線圈，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS3后處于短接狀態(tài)。

圖1 主回路工、變頻切換原理圖

當(dāng)處于原串電阻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，所有開(kāi)關(guān)切換至工頻位置，三相電源經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS1、QS2接至定子線圈，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)QS3接至原調(diào)速電阻裝置。

2.2 控制回路

變頻調(diào)速器提供完善的接口電路和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，內(nèi)設(shè)PLC與計(jì)算機(jī)編程接口，采用最新WINDOWS版本編程軟件進(jìn)行編程，既可以與新裝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配套使用，也可以對(duì)老系統(tǒng)進(jìn)行改造。接口電路實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速器與控制系統(tǒng)的連接，具有正、反轉(zhuǎn)控制，速度調(diào)節(jié)，（可以采用檔位調(diào)節(jié)方式，也可以采用模擬量輸入方式），制動(dòng)系統(tǒng)連鎖，安全回路連鎖，監(jiān)視操作、自動(dòng)運(yùn)行、狀態(tài)提示等功能。

2.3 運(yùn)行控制方式

變頻調(diào)速器依據(jù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的不同，采用不同的接線方式及控制程序，可以實(shí)現(xiàn)靈活的操作運(yùn)行方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式。

2.3.1 自動(dòng)運(yùn)行方式

利用變頻調(diào)速器內(nèi)部的PLC 控制系統(tǒng)，設(shè)置閉環(huán)速度控制軟件參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)從起步、加速、等速、減速、停車等全過(guò)程自動(dòng)調(diào)速運(yùn)行方式。提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，除開(kāi)、停機(jī)外，可以不需要人工干預(yù)。同時(shí)在控制臺(tái)顯示不同的運(yùn)行狀態(tài)。

2.3.2 手動(dòng)運(yùn)行方式

在設(shè)置手動(dòng)運(yùn)行方式下，操作人員通過(guò)改變主令控制器輸出量，來(lái)控制變頻調(diào)速器，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的爬行、加速、減速、等速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。在系統(tǒng)給出減速信號(hào)后，變頻調(diào)速器同樣會(huì)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)部自動(dòng)減速程序。有效防止人工誤操作的發(fā)生，保障系統(tǒng)運(yùn)行安全。

3 變頻調(diào)速應(yīng)用效果

1）新型變頻調(diào)速器具有能量回饋功能，將提升絞車下放時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。同時(shí)消除了調(diào)速時(shí)電阻能耗所產(chǎn)生的發(fā)熱。節(jié)電效果明顯。改造前后通過(guò)電能計(jì)量統(tǒng)計(jì)，節(jié)電率可達(dá) 30%～35%；

2）調(diào)速范圍廣，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。從起步、加速、等速到減速停車，全過(guò)程變速均勻，消除了階梯變速的現(xiàn)象，使提升容器的起步，停車運(yùn)行平穩(wěn)，減少機(jī)械沖擊，提高了安全系數(shù)；

3）啟動(dòng)電流小，起步平穩(wěn)。電機(jī)在低頻率下啟動(dòng)，電流小，對(duì)電網(wǎng)及機(jī)械沒(méi)有沖擊。加減速過(guò)程中電機(jī)控制平穩(wěn)，速度不隨負(fù)載的變化而有變化；

4）故障少，減少了維護(hù)工作量，降低維修成本。同時(shí)也沒(méi)有了電阻的發(fā)熱，改善了作業(yè)環(huán)境；

5）機(jī)械制動(dòng)與安全回路配合可靠，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況或突然停電時(shí)，變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠發(fā)出指令，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)，最大限度的保障了安全。機(jī)械制動(dòng)時(shí)變頻調(diào)速系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)載、過(guò)流等現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)重物的上升中途停車或平穩(wěn)起步；

6）操作簡(jiǎn)便、易于掌握，設(shè)備振動(dòng)小，噪聲降低。

4 結(jié)論

選用能量回饋型變頻調(diào)速器，對(duì)提升絞車進(jìn)行了變頻調(diào)速改造后，運(yùn)行情況良好，控制系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定性好，操作簡(jiǎn)單方便，維護(hù)量少，節(jié)電效果明顯。

[1]電力拖動(dòng)與控制.中國(guó)礦業(yè)出版社.

[2]PLC編程入門教程.西門子公司.

[3]變頻調(diào)速器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū).

TH2

A

1674-6708（2011）50-0186-02