解析礦井變頻絞車的工作原理和運(yùn)行故障處理

摘要：隨著變頻器的發(fā)展，變頻絞車普遍應(yīng)用于礦井系統(tǒng)中。文章通過分析變頻絞車的工作原理，變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且闡述了運(yùn)作中的故障以及處理方法。

關(guān)鍵詞：礦井；變頻調(diào)速系統(tǒng)；變頻絞車；故障處理

中圖分類號(hào)：TD534文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）18-0108-01

隨著變頻器的大力生產(chǎn)，變頻器被廣泛應(yīng)用在礦井系統(tǒng)的運(yùn)作中。依據(jù)電控系統(tǒng)的不同，礦井的絞車可以分為許多種，例如沒有控制系統(tǒng)的絞車，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的絞車電控系統(tǒng)，防爆液壓絞車等，這些控制系統(tǒng)都或多或少存在問題或者缺陷，而采用變頻絞車可以解決此類問題，彌補(bǔ)缺陷。

1變頻絞車的工作原理

1.1交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)公式

n=60 f（1-s）/p，其中n為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，rpm；f為異步電動(dòng)機(jī)的頻率，Hz；s為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速率，Hz；p為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，而電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)是從出廠就不會(huì)改變的。從公式可以看出，轉(zhuǎn)速n和頻率f成正比例關(guān)系，因此，改變頻就可以改變轉(zhuǎn)速。頻率的范圍為0~50 Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)變得非常寬。變頻器一般是利用改變電動(dòng)機(jī)的頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。利用變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是一種理想的調(diào)節(jié)手段。

1.2“交-直-交”變頻器

“交-直-交”變頻器是指可以任意改變頻率的交流電源，它利用三相全波整流把交流電源變頻器整流成直流，最后再利用開關(guān)元件把直流變成交流，達(dá)到對(duì)電源的控制。因?yàn)樽冾l器可以隨意控制電動(dòng)機(jī)的頻率，它一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，另一方面可以通過PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)力運(yùn)行、動(dòng)力制動(dòng)、電氣制動(dòng)以及二級(jí)制動(dòng)等。

1.3系統(tǒng)運(yùn)作過程

變頻器通常是通過改變電機(jī)定子電頻率來實(shí)現(xiàn)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的。絞車電機(jī)是電動(dòng)機(jī)的過程，它是正常的逆變過程，整個(gè)過程由實(shí)現(xiàn)整流、濾波以及正常逆變?nèi)糠謽?gòu)成，而其核心部分為正常逆變，這部分可以改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率，進(jìn)而改變輸出電壓，起到調(diào)節(jié)作用。絞車電機(jī)是發(fā)電機(jī)的過程，也是實(shí)現(xiàn)能量回饋的過程。這個(gè)過程由整流、回饋逆變以及輸出濾波等構(gòu)成，整流是由正常逆變部分中的TGBT的續(xù)流隔離二極管完成的，此處采用二級(jí)管的作用是隔離回饋逆變以及正常逆變的部分。而電解電容為回饋逆變部分提供電壓源，從而確保逆變部分的運(yùn)行可靠?；仞伳孀冏鳛檎麄€(gè)回饋過程的核心部分，要確?；仞伳孀冚敵鲭妷合辔灰碗娋W(wǎng)電壓的相位保持一致?；仞伳孀冚敵龅氖钦{(diào)制波，該系統(tǒng)增加輸出波部分，確保逆變的正常工作，還能夠減少對(duì)電網(wǎng)的污染，促使該系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。礦區(qū)電壓的波動(dòng)比較大，而變頻器的回饋條件是要保證和電網(wǎng)電壓存在固定的電壓差值，如果當(dāng)電網(wǎng)電壓突然比較大時(shí)，加之存在固定電壓差值，在回饋時(shí)變頻器的母線就會(huì)承受比較高的電壓，另外還會(huì)出現(xiàn)重車下滑的現(xiàn)象，此時(shí)母線的電壓可能更高，高電壓會(huì)影響到變頻器的大功率器件的安全，因此通常為系統(tǒng)增加剎車部分，從而確保變頻器的安全。

2變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)要注意以下的方面：①電源柜，電源柜通過隔離開關(guān)，既為變頻器和提升機(jī)提供電源，也為PLC控制臺(tái)以及操作控制控制臺(tái)提供工作電源。②變頻器容量的選擇。變頻器的選擇中，要考慮到電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的1.7倍，還要考慮電源電壓波動(dòng)等因素，提高變頻容量可以獲得更多的負(fù)載力矩值，變頻器輸出的高次諧波，可以引起電動(dòng)機(jī)內(nèi)部諧波耗損，增加電流。③變頻器的選擇。絞車升降的運(yùn)作具有較大的慣性，四象限運(yùn)作與其他的傳動(dòng)機(jī)械不同，它對(duì)于變頻器具有更高的要求，它能夠控制交流電動(dòng)機(jī)的核心變量，它能夠使高速信號(hào)處理器和電機(jī)軟件相結(jié)合，促使電機(jī)更新狀態(tài)，能夠迅速對(duì)負(fù)載和瞬時(shí)掉電做出反應(yīng)，還能夠通過有效的磁通制動(dòng)來提供制動(dòng)力矩。④制動(dòng)電阻的選擇。當(dāng)絞車重載下降時(shí)，受重力的影響，電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度超過了變頻器輸出頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，處在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)，可以把負(fù)載的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再反饋給變頻器。應(yīng)該在控制電路中加入制定電阻，當(dāng)由于充電而造成變頻器直流回路的電容電壓升高時(shí)，為了避免高壓引起變頻器過壓保護(hù)電路動(dòng)作切斷變頻器的輸出。電阻制動(dòng)可以有效的促進(jìn)電機(jī)的制動(dòng)，確保重物的就位。制定電阻一般在變頻器超過電壓極限的條件下開始運(yùn)作。

3故障以及維修

保護(hù)引起的故障主要有電源未合、硬件上下過卷、軟件上下過卷、軸編碼器故障、殘壓過高故障、變頻器失控故障、急停故障等。對(duì)于變頻器電源未合，通常稱為主電源未合，如果出現(xiàn)操作臺(tái)上的變頻器電源沒有顯示，就要檢查變變頻器的供電情況，以及供電的饋電開關(guān)、接觸器、繼電器的輔觸點(diǎn)、光示牌的故障情況等。硬件上下過卷通常是指出現(xiàn)硬件上下開關(guān)動(dòng)作或者斷開，在此時(shí)采取把過卷旁路開關(guān)轉(zhuǎn)換到上下過卷旁路位置的措施，還要用檢修方式把車開到正常位置，就可以正常停車。軟件上下過卷是指設(shè)置上下過卷、于控制系統(tǒng)軟件中，還要合理設(shè)置，上下卷過大會(huì)造成事故，上下卷過小會(huì)因?yàn)檎`差而引起過卷，影響正常開車。軸編碼器故障是指變頻器反饋速度和軸編碼器采集速度誤差超過0.3 m/s，就會(huì)引起軸編碼故障，要及時(shí)的檢查編碼器和速度反饋是否有斷線，編碼器連接部分和傳動(dòng)部分的可靠性以及變頻器速度反饋的情況等。如果液壓站殘壓過高會(huì)引起溜車，此時(shí)應(yīng)該檢查液壓系統(tǒng)，以便調(diào)節(jié)合適的壓力。變頻器失控故障是指PLC控制系統(tǒng)和變頻器的輸出指令不一致，要檢查以下部分：檢查變頻器控制器的接線情況，變頻器運(yùn)行反饋的輸出情況，變頻器反饋線路的運(yùn)作是否正常以及變頻器運(yùn)行反饋的中間繼電器吸合的運(yùn)作情況等。對(duì)于急停故障的處理，它是指系統(tǒng)的硬件安全電路和軟件安全電路，他們相互監(jiān)控，出現(xiàn)故障，就會(huì)同時(shí)跳故障，如果出現(xiàn)PLC緊停故障，可以檢查變頻器電源未合、過卷故障、軸編碼故障、液壓站殘壓故障、傳動(dòng)系統(tǒng)、硬件緊停等。

4結(jié)語

變頻絞車在礦井系統(tǒng)中承擔(dān)著重要的運(yùn)輸作用，它是礦井運(yùn)作中的關(guān)鍵設(shè)備。變頻絞車電控系統(tǒng)在無級(jí)調(diào)速和提高能耗方面發(fā)揮重要的作用。因此應(yīng)該重視變頻絞車在礦井系統(tǒng)中的應(yīng)用，采用變頻絞車增加礦井生產(chǎn)的安全性。

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