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    引言：

    寧夏回族自治區(qū)寧煤集團(tuán)高閘煤礦主井絞車，擔(dān)負(fù)著整礦提煤、運(yùn)料的繁重工作，一旦出現(xiàn)故障，就將影響整礦的生產(chǎn)。因此設(shè)備的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。該井為單鉤運(yùn)行，坡度為45°，坡長為300米。原采用280KW/380V繞線電機(jī)串電阻調(diào)速，用交流接觸器實(shí)現(xiàn)速度段切換。形成了低速降壓啟動(dòng)、檔位切換加速、全速運(yùn)行、檔位切換減速、低速降壓停車的工作過程。

    但是，在運(yùn)行中存在明顯的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    1、在料車空車下放時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，由于沒有處理環(huán)節(jié)，大量的無功能量消耗在轉(zhuǎn)差電阻上，致使電機(jī)能耗增加，不但浪費(fèi)大量的電能，而且使電機(jī)銅損、鐵損增加，增大了電機(jī)的維修費(fèi)用。從現(xiàn)場情況看，下放時(shí)電機(jī)電流與提升時(shí)基本相同，都在500A左右，相當(dāng)于電機(jī)的額定電流，而空載時(shí)電機(jī)電流大約應(yīng)在額定電流的60%左右，從這點(diǎn)看，應(yīng)有30%左右的無功能量消耗，使用電量增加。

    2、原控制系統(tǒng)采用繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方式進(jìn)行調(diào)速，存在以下缺點(diǎn)：

    (1)大量的電能消耗在轉(zhuǎn)差電阻上，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，同時(shí)電阻器的安裝需要占用很大的空間。

    (2)控制系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)碳刷容易損壞，維護(hù)工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。

    (3)低速和爬行階段需要依靠制動(dòng)閘皮摩擦滾筒實(shí)現(xiàn)速度控制，特別是在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)恒減速控制，導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。

    (4)啟動(dòng)和換檔沖擊電流大，造成了很大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命大大降低，而且極容易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。
 
    (5)自動(dòng)化程度不高，增加了開采成本，影響了產(chǎn)量。

    (6)低電壓和低速段的啟動(dòng)力矩小，機(jī)械特性比較軟，帶負(fù)載能力差，無法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩提升。

    針對以上這些問題，煤礦決定對原系統(tǒng)進(jìn)行改造。根據(jù)當(dāng)今科技的發(fā)展，采用技術(shù)含量較高的變頻調(diào)速，替代原來的繞線電機(jī)串電阻調(diào)速，是較理想的方案。變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車，連續(xù)平滑調(diào)速，特別是帶能量回饋的四象限運(yùn)行變頻器，可以將電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下的再生電能回送電網(wǎng)，降低了無功能耗，可節(jié)約大量的電能。

    一、變頻控制方案

    1.變頻控制的特點(diǎn)

    (1)變頻系統(tǒng)甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境。
 
    (2)實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟起動(dòng)和軟停止，使運(yùn)行更加平穩(wěn)，機(jī)械沖擊小。

    (3)啟動(dòng)及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動(dòng)電流不超過1.3倍的額定電流，提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑地升至最高速，也沒有大電流出現(xiàn)，大大地減小了對電網(wǎng)的沖擊。

    (4)增加了直流制動(dòng)功能，使重車停車時(shí)更加平穩(wěn)。

    (5)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償達(dá)到規(guī)范要求，重車啟動(dòng)正常。

    (6)節(jié)能效果顯著。據(jù)實(shí)測，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)到20%左右。采用回饋制動(dòng)，節(jié)能效果越明顯。

    (7)采用變頻控制后，原繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子短接，在電機(jī)維護(hù)方面，避免了轉(zhuǎn)子炭刷的燒損及維護(hù)。

    (8)采用芯片統(tǒng)一控制和 PLC 外端電路接口相結(jié)合，使調(diào)速系統(tǒng)具有很高的可靠性，增加了系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)利用 PLC 強(qiáng)大的控制功能實(shí)現(xiàn)靈活的控制方式。

    (9)機(jī)內(nèi)帶有回饋單元，回饋能量可直接輸給電網(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，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。

    (10)安全保護(hù)功能齊全，除了過壓、欠壓、過載、過熱、短路等自身保護(hù)外，還設(shè)有外圍控制的連鎖保護(hù)，包括制動(dòng)閘信號與正、反轉(zhuǎn)信號的連鎖，變頻器故障信號與系統(tǒng)安全回路的連鎖，機(jī)內(nèi)備有自動(dòng)減速程序等。
 
    2 .方案的確定

    設(shè)計(jì)時(shí)，因絞車系統(tǒng)一般都滿負(fù)荷運(yùn)行，而且要求起動(dòng)力矩大，因此根據(jù)電機(jī)的容量（380/280KW），負(fù)載的要求，變頻器一般應(yīng)大出一個(gè)規(guī)格，因此采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD—BP32—315T型號（315KW/380V）的具有四象限運(yùn)行的提升機(jī)專用變頻器，為防止變頻器故障時(shí)耽誤生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的連續(xù)性，采用原系統(tǒng)與變頻器共存的方式，原系統(tǒng)作為變頻器的備用，在變頻器故障或檢修時(shí)投入生產(chǎn)，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性，不耽誤生產(chǎn)。

    3.系統(tǒng)的組成

    控制系統(tǒng)由一臺電控柜（由礦方提供）控制整個(gè)系統(tǒng)的啟、停；380V/315KW的礦用提升機(jī)變頻器及遠(yuǎn)距離控制裝置組成。系統(tǒng)的控制信號及保護(hù)裝置仍采用原控制系統(tǒng)，機(jī)械抱閘等仍采用，變頻器只作為一個(gè)調(diào)速裝置使用。

    4.控制原理

    控制核心為山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP32-315T型礦用提升機(jī)專用變頻器，利用其原控制系統(tǒng)與變頻提升機(jī)系統(tǒng)對接對絞車進(jìn)行起、停、加減速及機(jī)械抱閘系統(tǒng)的控制，同時(shí)用變頻器調(diào)節(jié)頻率，使絞車電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到控制。遠(yuǎn)控盒顯示其運(yùn)行頻率和正反轉(zhuǎn)、速度段等信息。

    5、系統(tǒng)組成如圖1所示。
 
    二．變頻調(diào)速的原理

    主回路工作過程：三相交流電經(jīng)整流濾波成直流電為逆變提供電源，逆變的功能是將整流后的直流電轉(zhuǎn)化為調(diào)頻調(diào)壓的交流電去驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)提升；當(dāng)電機(jī)有高速減速或單鉤絞車下放時(shí)，負(fù)載由于存在慣性，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速會(huì)超過它的同步轉(zhuǎn)速，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，放出的交流電經(jīng)逆變部分的續(xù)流二極管整流使母線電壓升高，直接危及功率器件，必須把這部分能量釋放掉，于是我們做了回饋和剎車單元對這部分能量進(jìn)行處理，一部分送往電網(wǎng)，一部分通過電阻消耗掉。

    2．控制回路

    采用芯片統(tǒng)一控制和 PLC 外端電路接口相結(jié)合，使調(diào)速系統(tǒng)具有很高的可靠性，同時(shí)利用 PLC 強(qiáng)大的控制能力實(shí)現(xiàn)靈活的控制方式和電氣隔離。

    3．接口電路 

    輸入：故障輸入、自動(dòng)減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、松閘信號、母線過壓1、內(nèi)部保護(hù)、母線過壓2、五個(gè)檔位、急停、模擬輸入+A 、+B

    輸出：

    （1）.去微機(jī)板的信號 : 地、正/反、松閘、運(yùn)行、急停、外控電壓輸入

    （2）指示信號 : 故障指示、上升指示、下降指示、減速指示、檔位指示

    4．回饋能量的處理

    作為提升類變頻器，最根本的問題是對回饋能量的處理。由于負(fù)載在下放重物、快速減速及急停時(shí)，會(huì)有較大的能量回送給變頻器。因此本變頻器系統(tǒng)采用了能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)技術(shù)，有效地解決了此類問題。尤其是回饋制動(dòng)，將能量直接回送電網(wǎng)，不但保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，而且節(jié)約了電能，使再生能量回收利用。

    5．變頻器為典型的交-直-交電壓源型變頻器，其功率模塊為進(jìn)口的西門子新型IGBT器件，采用16位全數(shù)字單片機(jī)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)大范圍內(nèi)的無級平滑調(diào)速，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，自動(dòng)調(diào)整功率輸出，使電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)，節(jié)能效果明顯。
 
    三、應(yīng)用效果

    1. 變頻器礦車下放運(yùn)行時(shí)，采用回饋制動(dòng)，其再生能量能回收利用，節(jié)能顯著，據(jù)測算，變頻運(yùn)行時(shí)電流在220A,與原來相比，減少了一半。這一方面是變頻器提高了功率因數(shù)，一般可提高到0.95以上，降低了無功損耗，使電流指示減少；另一方面有一部分回饋電網(wǎng)，回饋電流大約在200A，也降低了運(yùn)行電流。

    2. 采用變頻控制后，由于設(shè)置直流制動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)油閘全敞開，減輕了原工頻控制下的磨損，油閘只是作為一種輔助設(shè)施，在電機(jī)停穩(wěn)后或在急停時(shí)快速抱閘用，據(jù)測算，該項(xiàng)損耗大大降低，每年也可節(jié)省2—3萬元。

    3. 原工頻控制采用交流接觸器進(jìn)行速度段切換，用調(diào)速電阻調(diào)速，而變頻控制則將其全部甩掉，也增加了可靠性，降低設(shè)  備維護(hù)費(fèi)用。

    綜上所述，其綜合經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的，從節(jié)能及生產(chǎn)的可靠性而言，其節(jié)約的費(fèi)用約在30%左右。

    四、結(jié)論

    煤礦提升機(jī)應(yīng)用變頻控制，是山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司變頻器開發(fā)方面的一大特色。其產(chǎn)品已在山東、山西、河南、河北、四川、貴州、云南、寧夏、內(nèi)蒙等全國的很多省份的煤礦得到了廣泛的應(yīng)用。在操作方便、運(yùn)行可靠、改善工人的勞動(dòng)環(huán)境、節(jié)電顯著等方面都體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。特別是近幾年產(chǎn)品的優(yōu)化升級，一些新技術(shù)（包括PLC）的應(yīng)用，使其可靠性應(yīng)用得到極大的提高。提升機(jī)變頻器實(shí)現(xiàn)了四象限運(yùn)行、電能的回饋等新技術(shù)，其應(yīng)用前景將會(huì)是很廣闊的。

    參考文獻(xiàn)：
 
    1、   杜秀虹 《礦山提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)》2005.10

    2、   李瑞來 何洪臣 韓文昭 《礦山提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)》2000.9