ZTK(A)型防爆變頻調(diào)速控制裝置在煤礦斜井提升機上的應用

陳允清

（江蘇省礦業(yè)工程集團 江蘇 徐州 221006）

0 概述

煤礦井下防爆提升機擔負著運輸人員、材料和矸石的任務，是煤礦生產(chǎn)的重要設備。其主要調(diào)速方法是采用在電動機轉(zhuǎn)子回路內(nèi)接入金屬電阻，用鼓形控制器逐段切除電阻來達到調(diào)速的目的。防爆電阻調(diào)速控制裝置的缺點有：（1）隔爆電阻箱能耗大，散熱困難；（2）電阻要裝在防爆外殼內(nèi)，體積增大，占用峒室面積大，增加了開拓費用；（3）電阻調(diào)速屬有級調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速范圍小，精度低，安全性能差；（4）在減速和下放時，需投切動力制動直流電源或低頻電源，易造成設備損壞，且浪費了大量的電能；（5）原有的控制系統(tǒng)保護不夠齊全，安全可靠性差。已嚴重地制約了煤礦的安全生產(chǎn)，急切需要一種安全、可靠、性能好又節(jié)電的新型調(diào)速裝置。ZTK(A)型660V隔爆絞車變頻調(diào)速控制系統(tǒng)從根本上解決了原有的防爆電阻調(diào)速控制系統(tǒng)所存在的各種弊端，使井下防爆絞車電控系統(tǒng)邁上了一個新的臺階。該產(chǎn)品在華能集團大同焦煤礦副暗斜井防爆提升機上應用，取得了很好效果。

2 提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)組成（如圖1）

2.1 組成框圖

圖1 電控系統(tǒng)圖

2.2 工藝過程

操作臺發(fā)出操作指令信號，傳輸?shù)絇LC-A1和PLC-A2，PLC-A1和PLC-A2根據(jù)軸編碼系統(tǒng)、保護系統(tǒng)傳回的信號進行內(nèi)部比較，然后根據(jù)程序控制變頻器執(zhí)行起動、停車、制動、保護等功能。在PLC-A1故障或與其有關的編碼器故障時，將“應急方式”轉(zhuǎn)換開關打在“應急1”位置,利用PLC-A2可實現(xiàn)應急手動開車；同樣在PLC-A2故障或與其有關的編碼器故障時，將“應急方式”轉(zhuǎn)換開關打在“應急2”位置,這時在PLC-A1內(nèi)可把與PLC-A2相關的信號旁路掉，利用PLCA1可手動開車。

3 變頻調(diào)速基本原理（如圖2）

圖2 變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速控制裝置的工作原理是：

變頻器是通過改變電機定子供電頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)提升機的調(diào)速。交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為

其中，n——電機轉(zhuǎn)速，f1——定子供電頻率，p——極對數(shù)，s——轉(zhuǎn)差率。

工作原理如圖2，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制，“交—直—交”變頻最終產(chǎn)生PWM電壓。AC660V電源由KBSGZ-500/660V防爆干式變壓器KBZ-630型防爆饋電開關提供，經(jīng)整流平波電路輸入逆變橋，由逆變電路輸出 U、V、W來驅(qū)動電機的運行，對電機頻率的調(diào)整控制，可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，以無級調(diào)速的方式設定好實際需要的參數(shù)值 （即頻率／速度值），以達到精確地適應所需頻率 ／速度 ／功率的要求。當工作現(xiàn)場的工況要求發(fā)生變化時，可隨時用本質(zhì)安全型程序控制器來修改，方便、靈活、可靠。

4 設備布置及各部分功能簡介（如圖3）

圖3 設備布置圖

4.1 防爆變壓器及饋電開關

防爆變壓器通過饋電開關向電抗器、變頻器、提升機、PLC控制箱、操作控制臺提工作電源。

4.2 電抗器

輸入電抗器的作用；用來限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊，平滑電源電壓中包含的尖峰脈沖，或平滑橋式整流電路換相時產(chǎn)生的電壓缺陷,有效地保護變頻器和改善功率因數(shù)，它既能阻止來自電網(wǎng)的干擾，又能減少整流單元產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的污染。

輸出電抗器的作用：輸出電抗器主要作用是補償長線分布電容的影響，并能抑制輸出諧波電流，提高輸出高頻阻抗,有效抑制dv/dt.減低高頻漏電流,起到保護變頻器,減小設備噪聲的作用。電容器在補償功率的時候，往往會受到諧波電壓和諧波電流的沖擊，造成電容器損壞和功率因數(shù)降低，為此，需要在補償?shù)臅r候進行諧波治理。

4.3 PLC 控制臺

本提升機系統(tǒng)采用PLC進行控制,PLC監(jiān)視運行狀況，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，啟用故障備用信號,并在操作臺的顯示屏上有醒目的故障顯示，提醒維修人員對其進行維護。

4.4 變頻器

變頻器采用ABB公司先進的變頻器，它將50Hz工頻電源變成0-50Hz連續(xù)可調(diào)的變頻電源供給電機，它能達到控制交流電機完美的極限。

4.5 控制臺

控制臺上設有自動、手動、檢修轉(zhuǎn)換開關，前方操作臺上設有液晶觸摸屏，左右側(cè)操作臺設有操作手柄、潤滑、工作閘液壓站電機的起?？刂崎_關。

5 系統(tǒng)的優(yōu)點

5.1 軟啟動軟停車

減小了機械沖擊,啟動及加速換檔時對電網(wǎng)沖擊電流很小,使絞車系統(tǒng)和電網(wǎng)運行更加穩(wěn)定可靠.變頻器本身提供的功能使機械制動與電制動有機的結合起來，保證系統(tǒng)的安全。

5.2 采用 PLC控制

各部傳感器反饋信號送入PLC控制器,經(jīng)過內(nèi)部程序構成閉環(huán)控制，友好的人機界面時時監(jiān)測系統(tǒng)運行情況,簡化了系統(tǒng)構成,減小了人工勞動強度。

5.3 實現(xiàn)了無極調(diào)速

調(diào)速范圍寬,運行曲線成S型,使加減速平滑,無沖擊。

5.4 安全保護功能齊全

變頻器除一般過流、直流過壓、欠壓、過溫、短路、輸入缺相、環(huán)境溫度等故障保護外,還具有可編程故障保護功能，能夠有效的對電機過熱、堵轉(zhuǎn)、缺相、接地故障、通訊故障等進行保護。

5.5 系統(tǒng)四象限運行

能量直接回饋電網(wǎng),且不受回饋能量大小的限制,保證了絞車運行可頻繁的啟、停動及換向，節(jié)約大量電能。

5.6 控制精度高、動態(tài)性能好

采用全數(shù)字、逆變器變頻單元向負載提供變頻電源，使所有控制功能均由參數(shù)設定完成，速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)均通過優(yōu)化而自動設置；電流、速度雙閉環(huán)，滿足各種控制要求。脈沖編碼器的使用，可實現(xiàn)絞車的精確定位。

6 應用效果

我單位安裝和使用的ZTK(A)型提升機變頻調(diào)速裝置在大同焦煤礦副暗斜井提升機應用中，自2010年11月使用至今，運行穩(wěn)定，故障率低，維護方便快捷，大大提高了提升機的安全性能。是煤礦斜井提升機電控系統(tǒng)最優(yōu)選擇。