變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦提升絞車中的應(yīng)用

摘 要：在煤礦開采中，絞車是最常見的運(yùn)輸設(shè)備，但是由于電氣控制措施的不合理，導(dǎo)致較多安全事故的出現(xiàn)。而變頻技術(shù)的應(yīng)用對于實(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸絞車的無極調(diào)有著非常好的效果，變頻技術(shù)的應(yīng)用于煤礦電控絞車系統(tǒng)中明顯的減少了事故的發(fā)生，而且對于提高絞車的工作效率和工作質(zhì)量都發(fā)揮著重要的作用。因此，本文主要介紹了變頻技術(shù)在煤礦絞車電控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；PLC；提升絞車；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.045

0 引言

在各類型煤礦的挖掘與開采中，絞車都是必不可少的運(yùn)輸設(shè)備之 一，為了進(jìn)一步提升絞車運(yùn)行中的安全性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性，并且達(dá)到了節(jié)能與增效的目標(biāo)，必須對絞車的電氣控制措施進(jìn)行改造，其中變頻技術(shù)的應(yīng)用是至關(guān)重要的。基于持續(xù)完善PLC系統(tǒng)程序的影響下，在設(shè)備控制當(dāng)中的變頻絞車越來越表現(xiàn)為節(jié)省電能、維護(hù)次數(shù)少、可靠性強(qiáng)等一系列的特點(diǎn)，相比較于傳統(tǒng)意義上的交流異步電機(jī)，其跟當(dāng)前國內(nèi)煤礦的綜合化與現(xiàn)代化發(fā)展非常適宜。下面，筆者對煤礦提升絞車中應(yīng)用的變頻調(diào)速技術(shù)的有關(guān)問題進(jìn)行了簡要地分析。

1 煤礦應(yīng)用的提升系統(tǒng)簡介

當(dāng)今，國內(nèi)應(yīng)用的交流異步電機(jī)的邏輯控制設(shè)備的組成部分是接觸器與繼電器，其借助轉(zhuǎn)子串切電阻有級調(diào)速的手段來控制絞車。然而，因?yàn)檫@種電機(jī)在換擋和開機(jī)的情況下，太大的電流會影響到設(shè)備，這不但使精度控制降低，而且不利于電機(jī)應(yīng)用年限的延長。再者，其難以維護(hù)、調(diào)試不方便、損耗電能大等，因此跟國內(nèi)煤礦高效化、綜合化、現(xiàn)代化的發(fā)展要求相悖。鑒于此，由于變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)是故障率低、便于操作、啟動穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣等，因此備受重視。尤其是在煤礦提升系統(tǒng)中越來越成熟應(yīng)用PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響下，設(shè)計與優(yōu)化煤礦提升絞車中的變頻調(diào)速技術(shù)變成煤礦安全生產(chǎn)的一個發(fā)展方向。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的原理和應(yīng)用效果

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)原理

變頻調(diào)速技術(shù)是對電機(jī)定子供電頻率進(jìn)行改變的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的變化，工作中重點(diǎn)涵蓋劃歸絞車電機(jī)為發(fā)電機(jī)回饋能量的過程與電機(jī)的逆變過程。其中，調(diào)速工作的中心環(huán)節(jié)是逆變，其涵蓋濾波、整流、逆變幾個過程，該過程使電機(jī)定子供電頻率發(fā)生改變而對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對絞車速度的控制?；仞伳芰康倪^程涵蓋輸出濾波、整流、逆變回饋這幾個環(huán)節(jié)。逆變回饋的目的在于確保統(tǒng)一性的電網(wǎng)電壓相位和逆變回饋輸出電壓相位。務(wù)必將輸出濾波加入到系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)而確保逆變的順利運(yùn)行，且降低污染電網(wǎng)的概率。除此之外，由于煤礦電壓存在較大的波動性，因此還需要將剎車環(huán)節(jié)加入到系統(tǒng)當(dāng)中，從而使變頻控制安全系數(shù)提升。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的效果

變頻技術(shù)無級調(diào)速的實(shí)現(xiàn)不僅確保停車、運(yùn)行、啟動、減速、加速過程中的絞車的穩(wěn)定性，而且使加速和減速過程中沖擊機(jī)械設(shè)備的情況減少，以及實(shí)現(xiàn)了調(diào)速范圍的拓展。有效地契合安全回路與機(jī)械制動確保系統(tǒng)在瞬間停電與緊急狀態(tài)下的變頻調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械制動的自動實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保障系統(tǒng)的安全性。另外，因?yàn)樽冾l調(diào)速有著回饋能量的作用，此技術(shù)有著顯著的節(jié)電優(yōu)勢。

3 基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

3.1 煤礦提升系統(tǒng)當(dāng)中PLC的功能

PLC就是所謂的可編程控制器，其屬于借助能夠編輯程序的存貯器來定時、計數(shù)、邏輯運(yùn)算、算數(shù)運(yùn)算的電子操作系統(tǒng)，有著穩(wěn)定性強(qiáng)、程序編輯簡單、使用普遍、抗干擾性的特點(diǎn)。存貯器在運(yùn)動指令的情況下在模擬輸出和輸入數(shù)字的基礎(chǔ)上對一系列的過程進(jìn)行控制。借助PLC變頻器控制提升的高度與速度，能夠確保更加簡單和穩(wěn)定制動的實(shí)現(xiàn)，且在有效降低系統(tǒng)體積的過程中實(shí)現(xiàn)安全性與控制精度的提升。

3.2 基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 變頻系統(tǒng)的設(shè)計

一是對系統(tǒng)變頻器的容量進(jìn)行合理地選擇。電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩通常是額定轉(zhuǎn)矩的1.7倍，兼顧到要求借助110%額定負(fù)載動載試驗(yàn)和電壓波動的影響要素，需要確保最大轉(zhuǎn)矩是1.9倍的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，為了保證應(yīng)用的安全性，能夠在變頻器容量提升的基礎(chǔ)上得到200%的負(fù)載力矩值，相應(yīng)量的高次諧波涵蓋于變頻器輸出電源當(dāng)中，這會導(dǎo)致電機(jī)諧波損耗的形成。為此，需要實(shí)現(xiàn)其電流的增加。二是在選用變頻器的問題上，因?yàn)樯到g車存在比較大的慣性，所以需要其具備較高的運(yùn)行能力，能夠控制交流電機(jī)的核心變量，且重點(diǎn)控制轉(zhuǎn)矩和定子磁通。有效統(tǒng)一良好的電機(jī)軟件模型與高速信號處理器更新電機(jī)狀態(tài)，能夠快速地響應(yīng)剎那斷電和改變的負(fù)載。三是需要科學(xué)地選用制動電阻。因?yàn)榧映芍剌d降低情況下重力加速度的形成會使變頻器直流回路電容升高電壓，所以務(wù)必實(shí)現(xiàn)制動電阻的增加，從而有效地進(jìn)行控制。借助電阻制動能夠確保重物穩(wěn)定地就位。

3.2.2 PLC系統(tǒng)的設(shè)計

設(shè)計PLC系統(tǒng)需要對絞車提升的功能（急停要求、最大速度、最大靜張力、高度提升等）與變頻器系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行參考，選用符合絞車工作狀態(tài)的傳感器與控制器。再者，在估算用戶存儲容量和對閱點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上選用PLC型號，且立足于控制速度選用適宜的CPU結(jié)構(gòu)與功能。需要明確的是，運(yùn)行過程中的PLC由輸入信號至輸出控制面臨滯后性的情況，能夠選用快處理速度的PLC，這樣能夠控制在0.5us之內(nèi)的一條指令的執(zhí)行時間。PLC主要是模塊式與整體式的構(gòu)造，其中模塊式的構(gòu)造擴(kuò)充容易，且組態(tài)靈活，為此非常適宜應(yīng)用于大規(guī)模的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)。

4 結(jié)語

總而言之，相比較于傳統(tǒng)意義上的交流異步電機(jī)控制，變頻調(diào)速能夠軟起軟停設(shè)備，這樣在降低機(jī)械沖擊影響的過程中提高了系統(tǒng)控制的安全性與穩(wěn)定性，有效地統(tǒng)一PLC技術(shù)可以持續(xù)地簡化系統(tǒng)，且實(shí)現(xiàn)設(shè)備拓展性能的提升。技術(shù)工作者需要明確變頻調(diào)速技術(shù)的價值與意義，不斷地優(yōu)化與改造提升絞車的變頻，且總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而在煤礦提升絞車中有效地體現(xiàn)PLC變頻控制技術(shù)的巨大優(yōu)勢。

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作者簡介：張金淇（1986-），男，福建龍巖人，?？?，助理工程師，主要從事煤礦機(jī)電技術(shù)管理工作。