變頻器在礦用機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用探析

俞國(guó)弘

[摘 要]礦用生產(chǎn)往往是多小時(shí)連續(xù)作業(yè)，即使短時(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。礦用機(jī)械設(shè)備的技術(shù)改造要求迫在眉睫。鑒于提升絞車(chē)的特殊性，本文將研制開(kāi)發(fā)礦用機(jī)械設(shè)備系列變頻器，用該系列變頻器對(duì)原礦用提升機(jī)進(jìn)行改造，具有良好的安全運(yùn)行及節(jié)能效果。

[關(guān)鍵詞]變頻器；礦用機(jī)械設(shè)備；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0032-01

現(xiàn)在大多數(shù)礦用機(jī)械設(shè)備還在沿用傳統(tǒng)的線(xiàn)繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，用轉(zhuǎn)子串電阻的方法調(diào)速。這種系統(tǒng)屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，起動(dòng)電流和換擋電流沖擊大；中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全不可靠，對(duì)再生能量處理不力，斜井提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高，因此，開(kāi)發(fā)原礦用機(jī)械設(shè)備勢(shì)在必行[1]。

1 使用礦用機(jī)械設(shè)備系列變頻器的優(yōu)點(diǎn)

1）可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車(chē)，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。2）起動(dòng)及加速換檔時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。3）運(yùn)行速度曲線(xiàn)成S形，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。4）安全保護(hù)功能齊全，除一般的過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有聯(lián)鎖、自動(dòng)限速保護(hù)功能等。5）設(shè)有直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)等多種制動(dòng)方式，使安全性更加可靠。6）該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，回饋能量直接返回電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果明顯[2]。

2 變頻器在礦用機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的原理

該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程主要分為兩個(gè)過(guò)程：1）絞車(chē)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)程，即正常的逆變過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。其中，正常逆變過(guò)程是其核心部分，它改變電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。2）絞車(chē)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的過(guò)程，即能量回饋過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成。其中，該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。二極管VD1和VD2為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分[3]。電解電容C2的主要作用是為回饋逆變部分提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運(yùn)行更可靠。回饋逆變部分是整個(gè)回饋過(guò)程的核心部分，該部分實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。因?yàn)榛仞伳孀冚敵龅氖钦{(diào)制波，故為保證逆變的正常工作以及減少對(duì)電網(wǎng)的污染，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)輸出濾波部分，使該系統(tǒng)的可靠性更加穩(wěn)定。鑒于礦區(qū)電壓的波動(dòng)性可能比較大的事實(shí)，由于變頻器的回饋條件是要和電網(wǎng)電壓有一個(gè)固定的電壓差值，假若某時(shí)刻電網(wǎng)電壓比較高，再加上回饋時(shí)的固定電壓差值，則此時(shí)變頻器的母線(xiàn)電壓就會(huì)達(dá)到一個(gè)比較高的電壓值：如果再有重車(chē)下滑，則母線(xiàn)電壓會(huì)更高。此時(shí)的高電壓就有可能威脅到變頻器的大功率器件的安全，為此，該系統(tǒng)又加了一個(gè)剎車(chē)部分，以保證變頻器的安全[4]。

3 工程應(yīng)用

3.1 礦用提升機(jī)概況

礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。目前，大多數(shù)中小型礦井采用斜井串車(chē)提升，這種提升方式建井快、地面布置簡(jiǎn)單、投資少。傳統(tǒng)斜井提升設(shè)備采用繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速，電阻的投切用繼電器-交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過(guò)程頻繁，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，交流接觸器主觸頭氧化，引起設(shè)備故障[5]。

礦山井下采礦作業(yè)，采好的礦石通過(guò)斜井用串車(chē)拖到地面上來(lái)。串車(chē)與火車(chē)的運(yùn)貨車(chē)廂類(lèi)似，只不過(guò)高度和體積小一些。在井口有一提升機(jī)，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩在卷筒上纏繞數(shù)周，其兩端分別掛上兩列串車(chē)車(chē)廂，所示為提升機(jī)卷簡(jiǎn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將裝滿(mǎn)礦石的列車(chē)從斜井拖上來(lái)，同時(shí)把一列空車(chē)從斜井放下去，空車(chē)起著平衡負(fù)載的作用，任何時(shí)候總有一列重車(chē)上行，不會(huì)出現(xiàn)空行程，電動(dòng)機(jī)總是處于電動(dòng)狀態(tài)。這種拖動(dòng)系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)頻繁地正反轉(zhuǎn)起動(dòng)、減速制動(dòng)，而且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化。斜井提升機(jī)的動(dòng)力由75kW繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)提供，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，是消耗轉(zhuǎn)差功率的調(diào)速，是耗能的低效調(diào)速方式。

3.2 提升機(jī)工作過(guò)程

提升機(jī)無(wú)論是正轉(zhuǎn)，還 工是反轉(zhuǎn)其工作過(guò)程是相同的，都有起動(dòng)、加速、中速運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、低速運(yùn)行、制動(dòng)停車(chē)等七個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行，的時(shí)間，與串車(chē)的運(yùn)行速度、加速度及斜井的深度有關(guān)，各段加速度的大小根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行時(shí)間由操作工人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀況自定。

（1）第一階段0～t1。串車(chē)車(chē)廂在井底工作面裝滿(mǎn)礦石后，發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)給井口提升機(jī)操作工人，操作工人再回復(fù)信號(hào)到井底，然后開(kāi)機(jī)提升。重車(chē)從井底開(kāi)始上行，空車(chē)同時(shí)在井口車(chē)場(chǎng)位置開(kāi)始下行。

（2）第二階段t1～t2。重車(chē)起動(dòng)后，加速到變頻器頻率為五的速度運(yùn)行，中速運(yùn)行的時(shí)間較短，只是過(guò)渡階段，加速時(shí)間內(nèi)設(shè)備如果沒(méi)有問(wèn)題，立即再加速到正常運(yùn)行速度。

（3）第三階段t2～t3。再加速段。

（4）第四階段t3～t4。重車(chē)以變頻器頻率為以的最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，一般這段過(guò)程最長(zhǎng)。

（5）第五階段t4～t5。操作工人看到重車(chē)快到井口時(shí)立即減速，如減速時(shí)間設(shè)置較短時(shí)，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻起作用，不致因減速過(guò)快而跳閘。

（6）第六階段t5～t6。重車(chē)減速到低速，以變頻器頻率為^的速度低速爬行，便于在規(guī)定的位置停車(chē)。

（7）第七階段t6～t7?？斓酵＼?chē)位置時(shí)，變頻器立即停車(chē)，重車(chē)減速到零，操作工人發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。

3.3 方案實(shí)施

斜井提升負(fù)載是典型的摩擦性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車(chē)上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩擦力矩，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限。在重率減速時(shí)，雖然重卒在斜井面上有一向下的分力，但重車(chē)的減速時(shí)間較短時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。當(dāng)另一列重車(chē)上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限。另外，如果單獨(dú)運(yùn)輸工具、炸藥到井下時(shí)，電動(dòng)機(jī)也處于第二和第四象限。由上述可見(jiàn)，提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器，由于提升機(jī)電動(dòng)機(jī)絕大部分時(shí)間獨(dú)處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，考慮變頻器接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，就可以滿(mǎn)足再生制動(dòng)、平穩(wěn)的下行。井口還有一個(gè)圓盤(pán)機(jī)械制動(dòng)器，類(lèi)似于電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車(chē)靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車(chē)停在斜井的斜坡上，必須有圓盤(pán)機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)。

結(jié)論

總之，對(duì)于礦用機(jī)械設(shè)備變頻器系統(tǒng)改造后效果明顯，尤其是斜井單溝和直井礦井，節(jié)電率都在30%以上，同時(shí)變頻改造后絞車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性都大大增加，因此大減少了運(yùn)行故障和維修時(shí)間，礦區(qū)的產(chǎn)量也提高不少，用戶(hù)反應(yīng)普遍較好。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅貞平.礦用機(jī)械式挖掘機(jī)技術(shù)探索[J].煤礦機(jī)械，2012，11：224-226.

[2] 陶勇.礦用機(jī)械滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑維護(hù)探索[J].煤礦機(jī)械，2012，12：192-194.

[3] 秦成緒，高龍，武景濤，陳閃.礦用機(jī)械設(shè)備高速滾動(dòng)軸承優(yōu)化分析[J]. 煤礦機(jī)械，2013，02：93-95.

[4] 孫鵬飛，侯大勇，康凱，魏學(xué)孔.靜止變頻器礦用在電機(jī)拖動(dòng)中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，14：36-37.

[5] 毛吉昌.礦用減速器的安裝調(diào)試及維護(hù)[J].科技風(fēng)，2013，19：39.endprint

[摘 要]礦用生產(chǎn)往往是多小時(shí)連續(xù)作業(yè)，即使短時(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。礦用機(jī)械設(shè)備的技術(shù)改造要求迫在眉睫。鑒于提升絞車(chē)的特殊性，本文將研制開(kāi)發(fā)礦用機(jī)械設(shè)備系列變頻器，用該系列變頻器對(duì)原礦用提升機(jī)進(jìn)行改造，具有良好的安全運(yùn)行及節(jié)能效果。

[關(guān)鍵詞]變頻器；礦用機(jī)械設(shè)備；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0032-01

現(xiàn)在大多數(shù)礦用機(jī)械設(shè)備還在沿用傳統(tǒng)的線(xiàn)繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，用轉(zhuǎn)子串電阻的方法調(diào)速。這種系統(tǒng)屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，起動(dòng)電流和換擋電流沖擊大；中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全不可靠，對(duì)再生能量處理不力，斜井提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高，因此，開(kāi)發(fā)原礦用機(jī)械設(shè)備勢(shì)在必行[1]。

1 使用礦用機(jī)械設(shè)備系列變頻器的優(yōu)點(diǎn)

1）可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車(chē)，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。2）起動(dòng)及加速換檔時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。3）運(yùn)行速度曲線(xiàn)成S形，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。4）安全保護(hù)功能齊全，除一般的過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有聯(lián)鎖、自動(dòng)限速保護(hù)功能等。5）設(shè)有直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)等多種制動(dòng)方式，使安全性更加可靠。6）該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，回饋能量直接返回電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果明顯[2]。

2 變頻器在礦用機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的原理

該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程主要分為兩個(gè)過(guò)程：1）絞車(chē)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)程，即正常的逆變過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。其中，正常逆變過(guò)程是其核心部分，它改變電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。2）絞車(chē)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的過(guò)程，即能量回饋過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成。其中，該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。二極管VD1和VD2為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分[3]。電解電容C2的主要作用是為回饋逆變部分提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運(yùn)行更可靠?；仞伳孀儾糠质钦麄€(gè)回饋過(guò)程的核心部分，該部分實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。因?yàn)榛仞伳孀冚敵龅氖钦{(diào)制波，故為保證逆變的正常工作以及減少對(duì)電網(wǎng)的污染，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)輸出濾波部分，使該系統(tǒng)的可靠性更加穩(wěn)定。鑒于礦區(qū)電壓的波動(dòng)性可能比較大的事實(shí)，由于變頻器的回饋條件是要和電網(wǎng)電壓有一個(gè)固定的電壓差值，假若某時(shí)刻電網(wǎng)電壓比較高，再加上回饋時(shí)的固定電壓差值，則此時(shí)變頻器的母線(xiàn)電壓就會(huì)達(dá)到一個(gè)比較高的電壓值：如果再有重車(chē)下滑，則母線(xiàn)電壓會(huì)更高。此時(shí)的高電壓就有可能威脅到變頻器的大功率器件的安全，為此，該系統(tǒng)又加了一個(gè)剎車(chē)部分，以保證變頻器的安全[4]。

3 工程應(yīng)用

3.1 礦用提升機(jī)概況

礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。目前，大多數(shù)中小型礦井采用斜井串車(chē)提升，這種提升方式建井快、地面布置簡(jiǎn)單、投資少。傳統(tǒng)斜井提升設(shè)備采用繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速，電阻的投切用繼電器-交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過(guò)程頻繁，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，交流接觸器主觸頭氧化，引起設(shè)備故障[5]。

礦山井下采礦作業(yè)，采好的礦石通過(guò)斜井用串車(chē)拖到地面上來(lái)。串車(chē)與火車(chē)的運(yùn)貨車(chē)廂類(lèi)似，只不過(guò)高度和體積小一些。在井口有一提升機(jī)，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩在卷筒上纏繞數(shù)周，其兩端分別掛上兩列串車(chē)車(chē)廂，所示為提升機(jī)卷簡(jiǎn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將裝滿(mǎn)礦石的列車(chē)從斜井拖上來(lái)，同時(shí)把一列空車(chē)從斜井放下去，空車(chē)起著平衡負(fù)載的作用，任何時(shí)候總有一列重車(chē)上行，不會(huì)出現(xiàn)空行程，電動(dòng)機(jī)總是處于電動(dòng)狀態(tài)。這種拖動(dòng)系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)頻繁地正反轉(zhuǎn)起動(dòng)、減速制動(dòng)，而且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化。斜井提升機(jī)的動(dòng)力由75kW繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)提供，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，是消耗轉(zhuǎn)差功率的調(diào)速，是耗能的低效調(diào)速方式。

3.2 提升機(jī)工作過(guò)程

提升機(jī)無(wú)論是正轉(zhuǎn)，還 工是反轉(zhuǎn)其工作過(guò)程是相同的，都有起動(dòng)、加速、中速運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、低速運(yùn)行、制動(dòng)停車(chē)等七個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行，的時(shí)間，與串車(chē)的運(yùn)行速度、加速度及斜井的深度有關(guān)，各段加速度的大小根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行時(shí)間由操作工人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀況自定。

（1）第一階段0～t1。串車(chē)車(chē)廂在井底工作面裝滿(mǎn)礦石后，發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)給井口提升機(jī)操作工人，操作工人再回復(fù)信號(hào)到井底，然后開(kāi)機(jī)提升。重車(chē)從井底開(kāi)始上行，空車(chē)同時(shí)在井口車(chē)場(chǎng)位置開(kāi)始下行。

（2）第二階段t1～t2。重車(chē)起動(dòng)后，加速到變頻器頻率為五的速度運(yùn)行，中速運(yùn)行的時(shí)間較短，只是過(guò)渡階段，加速時(shí)間內(nèi)設(shè)備如果沒(méi)有問(wèn)題，立即再加速到正常運(yùn)行速度。

（3）第三階段t2～t3。再加速段。

（4）第四階段t3～t4。重車(chē)以變頻器頻率為以的最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，一般這段過(guò)程最長(zhǎng)。

（5）第五階段t4～t5。操作工人看到重車(chē)快到井口時(shí)立即減速，如減速時(shí)間設(shè)置較短時(shí)，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻起作用，不致因減速過(guò)快而跳閘。

（6）第六階段t5～t6。重車(chē)減速到低速，以變頻器頻率為^的速度低速爬行，便于在規(guī)定的位置停車(chē)。

（7）第七階段t6～t7?？斓酵＼?chē)位置時(shí)，變頻器立即停車(chē)，重車(chē)減速到零，操作工人發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。

3.3 方案實(shí)施

斜井提升負(fù)載是典型的摩擦性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車(chē)上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩擦力矩，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限。在重率減速時(shí)，雖然重卒在斜井面上有一向下的分力，但重車(chē)的減速時(shí)間較短時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。當(dāng)另一列重車(chē)上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限。另外，如果單獨(dú)運(yùn)輸工具、炸藥到井下時(shí)，電動(dòng)機(jī)也處于第二和第四象限。由上述可見(jiàn)，提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器，由于提升機(jī)電動(dòng)機(jī)絕大部分時(shí)間獨(dú)處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，考慮變頻器接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，就可以滿(mǎn)足再生制動(dòng)、平穩(wěn)的下行。井口還有一個(gè)圓盤(pán)機(jī)械制動(dòng)器，類(lèi)似于電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車(chē)靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車(chē)停在斜井的斜坡上，必須有圓盤(pán)機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)。

結(jié)論

總之，對(duì)于礦用機(jī)械設(shè)備變頻器系統(tǒng)改造后效果明顯，尤其是斜井單溝和直井礦井，節(jié)電率都在30%以上，同時(shí)變頻改造后絞車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性都大大增加，因此大減少了運(yùn)行故障和維修時(shí)間，礦區(qū)的產(chǎn)量也提高不少，用戶(hù)反應(yīng)普遍較好。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅貞平.礦用機(jī)械式挖掘機(jī)技術(shù)探索[J].煤礦機(jī)械，2012，11：224-226.

[2] 陶勇.礦用機(jī)械滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑維護(hù)探索[J].煤礦機(jī)械，2012，12：192-194.

[3] 秦成緒，高龍，武景濤，陳閃.礦用機(jī)械設(shè)備高速滾動(dòng)軸承優(yōu)化分析[J]. 煤礦機(jī)械，2013，02：93-95.

[4] 孫鵬飛，侯大勇，康凱，魏學(xué)孔.靜止變頻器礦用在電機(jī)拖動(dòng)中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，14：36-37.

[5] 毛吉昌.礦用減速器的安裝調(diào)試及維護(hù)[J].科技風(fēng)，2013，19：39.endprint

[摘 要]礦用生產(chǎn)往往是多小時(shí)連續(xù)作業(yè)，即使短時(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。礦用機(jī)械設(shè)備的技術(shù)改造要求迫在眉睫。鑒于提升絞車(chē)的特殊性，本文將研制開(kāi)發(fā)礦用機(jī)械設(shè)備系列變頻器，用該系列變頻器對(duì)原礦用提升機(jī)進(jìn)行改造，具有良好的安全運(yùn)行及節(jié)能效果。

[關(guān)鍵詞]變頻器；礦用機(jī)械設(shè)備；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0032-01

現(xiàn)在大多數(shù)礦用機(jī)械設(shè)備還在沿用傳統(tǒng)的線(xiàn)繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，用轉(zhuǎn)子串電阻的方法調(diào)速。這種系統(tǒng)屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，起動(dòng)電流和換擋電流沖擊大；中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全不可靠，對(duì)再生能量處理不力，斜井提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高，因此，開(kāi)發(fā)原礦用機(jī)械設(shè)備勢(shì)在必行[1]。

1 使用礦用機(jī)械設(shè)備系列變頻器的優(yōu)點(diǎn)

1）可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車(chē)，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。2）起動(dòng)及加速換檔時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。3）運(yùn)行速度曲線(xiàn)成S形，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。4）安全保護(hù)功能齊全，除一般的過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有聯(lián)鎖、自動(dòng)限速保護(hù)功能等。5）設(shè)有直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)等多種制動(dòng)方式，使安全性更加可靠。6）該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，回饋能量直接返回電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果明顯[2]。

2 變頻器在礦用機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的原理

該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程主要分為兩個(gè)過(guò)程：1）絞車(chē)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)程，即正常的逆變過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。其中，正常逆變過(guò)程是其核心部分，它改變電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。2）絞車(chē)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的過(guò)程，即能量回饋過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成。其中，該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。二極管VD1和VD2為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分[3]。電解電容C2的主要作用是為回饋逆變部分提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運(yùn)行更可靠?；仞伳孀儾糠质钦麄€(gè)回饋過(guò)程的核心部分，該部分實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。因?yàn)榛仞伳孀冚敵龅氖钦{(diào)制波，故為保證逆變的正常工作以及減少對(duì)電網(wǎng)的污染，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)輸出濾波部分，使該系統(tǒng)的可靠性更加穩(wěn)定。鑒于礦區(qū)電壓的波動(dòng)性可能比較大的事實(shí)，由于變頻器的回饋條件是要和電網(wǎng)電壓有一個(gè)固定的電壓差值，假若某時(shí)刻電網(wǎng)電壓比較高，再加上回饋時(shí)的固定電壓差值，則此時(shí)變頻器的母線(xiàn)電壓就會(huì)達(dá)到一個(gè)比較高的電壓值：如果再有重車(chē)下滑，則母線(xiàn)電壓會(huì)更高。此時(shí)的高電壓就有可能威脅到變頻器的大功率器件的安全，為此，該系統(tǒng)又加了一個(gè)剎車(chē)部分，以保證變頻器的安全[4]。

3 工程應(yīng)用

3.1 礦用提升機(jī)概況

礦井提升機(jī)是煤礦、有色金屬礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。目前，大多數(shù)中小型礦井采用斜井串車(chē)提升，這種提升方式建井快、地面布置簡(jiǎn)單、投資少。傳統(tǒng)斜井提升設(shè)備采用繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速，電阻的投切用繼電器-交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過(guò)程頻繁，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，交流接觸器主觸頭氧化，引起設(shè)備故障[5]。

礦山井下采礦作業(yè)，采好的礦石通過(guò)斜井用串車(chē)拖到地面上來(lái)。串車(chē)與火車(chē)的運(yùn)貨車(chē)廂類(lèi)似，只不過(guò)高度和體積小一些。在井口有一提升機(jī)，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩在卷筒上纏繞數(shù)周，其兩端分別掛上兩列串車(chē)車(chē)廂，所示為提升機(jī)卷簡(jiǎn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下將裝滿(mǎn)礦石的列車(chē)從斜井拖上來(lái)，同時(shí)把一列空車(chē)從斜井放下去，空車(chē)起著平衡負(fù)載的作用，任何時(shí)候總有一列重車(chē)上行，不會(huì)出現(xiàn)空行程，電動(dòng)機(jī)總是處于電動(dòng)狀態(tài)。這種拖動(dòng)系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)頻繁地正反轉(zhuǎn)起動(dòng)、減速制動(dòng)，而且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化。斜井提升機(jī)的動(dòng)力由75kW繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)提供，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，是消耗轉(zhuǎn)差功率的調(diào)速，是耗能的低效調(diào)速方式。

3.2 提升機(jī)工作過(guò)程

提升機(jī)無(wú)論是正轉(zhuǎn)，還 工是反轉(zhuǎn)其工作過(guò)程是相同的，都有起動(dòng)、加速、中速運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、低速運(yùn)行、制動(dòng)停車(chē)等七個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行，的時(shí)間，與串車(chē)的運(yùn)行速度、加速度及斜井的深度有關(guān)，各段加速度的大小根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行時(shí)間由操作工人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀況自定。

（1）第一階段0～t1。串車(chē)車(chē)廂在井底工作面裝滿(mǎn)礦石后，發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)給井口提升機(jī)操作工人，操作工人再回復(fù)信號(hào)到井底，然后開(kāi)機(jī)提升。重車(chē)從井底開(kāi)始上行，空車(chē)同時(shí)在井口車(chē)場(chǎng)位置開(kāi)始下行。

（2）第二階段t1～t2。重車(chē)起動(dòng)后，加速到變頻器頻率為五的速度運(yùn)行，中速運(yùn)行的時(shí)間較短，只是過(guò)渡階段，加速時(shí)間內(nèi)設(shè)備如果沒(méi)有問(wèn)題，立即再加速到正常運(yùn)行速度。

（3）第三階段t2～t3。再加速段。

（4）第四階段t3～t4。重車(chē)以變頻器頻率為以的最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，一般這段過(guò)程最長(zhǎng)。

（5）第五階段t4～t5。操作工人看到重車(chē)快到井口時(shí)立即減速，如減速時(shí)間設(shè)置較短時(shí)，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻起作用，不致因減速過(guò)快而跳閘。

（6）第六階段t5～t6。重車(chē)減速到低速，以變頻器頻率為^的速度低速爬行，便于在規(guī)定的位置停車(chē)。

（7）第七階段t6～t7?？斓酵＼?chē)位置時(shí)，變頻器立即停車(chē)，重車(chē)減速到零，操作工人發(fā)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。

3.3 方案實(shí)施

斜井提升負(fù)載是典型的摩擦性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車(chē)上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩擦力矩，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限。在重率減速時(shí)，雖然重卒在斜井面上有一向下的分力，但重車(chē)的減速時(shí)間較短時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。當(dāng)另一列重車(chē)上行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限。另外，如果單獨(dú)運(yùn)輸工具、炸藥到井下時(shí)，電動(dòng)機(jī)也處于第二和第四象限。由上述可見(jiàn)，提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器，由于提升機(jī)電動(dòng)機(jī)絕大部分時(shí)間獨(dú)處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，考慮變頻器接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，就可以滿(mǎn)足再生制動(dòng)、平穩(wěn)的下行。井口還有一個(gè)圓盤(pán)機(jī)械制動(dòng)器，類(lèi)似于電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車(chē)靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車(chē)停在斜井的斜坡上，必須有圓盤(pán)機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)。

結(jié)論

總之，對(duì)于礦用機(jī)械設(shè)備變頻器系統(tǒng)改造后效果明顯，尤其是斜井單溝和直井礦井，節(jié)電率都在30%以上，同時(shí)變頻改造后絞車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性都大大增加，因此大減少了運(yùn)行故障和維修時(shí)間，礦區(qū)的產(chǎn)量也提高不少，用戶(hù)反應(yīng)普遍較好。

參考文獻(xiàn)

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