摘  要：本文主要介紹提升機(jī)專用變頻器在礦井絞車上的應(yīng)用。變頻電控系統(tǒng)是對(duì)礦井絞車提升機(jī)構(gòu)原有的繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制方式進(jìn)行升級(jí)改造的電氣系統(tǒng)，采用KE300A-06提升機(jī)專用變頻器對(duì)礦井絞車進(jìn)行變頻控制，同時(shí)采用能耗制動(dòng)裝置將礦井絞車再生發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的再生能量進(jìn)行電阻消耗。

一、引言

礦井絞車是采煤生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，井下各工作面采掘下來(lái)的煤或矸石，由運(yùn)輸設(shè)備經(jīng)井下巷道運(yùn)到井底車場(chǎng)，然后再由提升設(shè)備提至地面。人員的升降，材料、設(shè)備的輸送都需要通過(guò)提升設(shè)備來(lái)完成。它是礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場(chǎng)相聯(lián)接的樞紐，“絞車是礦井的咽喉”形象的描述了礦井提升的重要作用。

二、礦井絞車電氣傳動(dòng)要求

1． 礦井絞車負(fù)載特性

重物上升時(shí)，電機(jī)需要克服各種阻力（包括重物的重力和摩擦力等），屬于阻力負(fù)載。

重物下放時(shí)，由于重物本身具有按照重力加速度下降的能力（位能），因此，當(dāng)重物的重力大于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時(shí)，重物本身的重力（位能）是下降的動(dòng)力，電機(jī)成了能量的接受者，故屬于動(dòng)力負(fù)載。

 2、礦井絞車電機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求

①啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速特性好；

②過(guò)載能力強(qiáng)；

③低頻時(shí)能輸出較大轉(zhuǎn)矩，懸掛時(shí)不能溜車；

④下放時(shí)，電機(jī)有較大再生能量產(chǎn)生，要求能夠合理處理電機(jī)再生能量。

3、礦井絞車傳統(tǒng)控制系統(tǒng)缺點(diǎn)

①能耗大

礦井絞車傳統(tǒng)調(diào)速方式為繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。這種控制系統(tǒng)大量的轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子串接的電阻上（一般情況下可占總能耗的30%以上），造成大量電能浪費(fèi)，從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)兩方面來(lái)講，都不可取。

②調(diào)速性能差

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式屬于有級(jí)調(diào)速，其轉(zhuǎn)速的下降是通過(guò)轉(zhuǎn)子外接電阻消耗能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。最重要的是轉(zhuǎn)速越低，電機(jī)的機(jī)械特性越軟，輸出轉(zhuǎn)矩越小。且有級(jí)調(diào)速對(duì)電機(jī)和機(jī)械設(shè)備的沖擊大，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高。對(duì)于煤礦24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)模式，經(jīng)濟(jì)損失大。

③系統(tǒng)可靠性差

? 接觸器頻繁分、合（接觸器在大電流情況下頻繁分、合），經(jīng)常造成接觸器觸點(diǎn)的燒結(jié)和線圈燒毀。

? 保護(hù)措施不完善，易發(fā)生電動(dòng)機(jī)燒毀的現(xiàn)象。

? 制動(dòng)器承受比較大的沖擊，閘皮磨損嚴(yán)重，容易出現(xiàn)抱閘抱不緊，經(jīng)常需檢修、更換。

④維護(hù)成本高

? 接觸器、繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子電刷、滑環(huán)經(jīng)常需要維護(hù)、更換，費(fèi)用較大。

? 減速機(jī)、制動(dòng)器受沖擊大，經(jīng)常需要維護(hù)。

? 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式本身的特點(diǎn)最終導(dǎo)致的生產(chǎn)效率受到限制（經(jīng)常出故障處于停機(jī)、維修狀態(tài)）、維護(hù)工作量大、使用維修成本上升。

4、礦井絞車變頻電控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

? 變頻器調(diào)速性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，機(jī)械特性硬、定位準(zhǔn)確。

? 變頻器運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)減速機(jī)、制動(dòng)器的沖擊小，減小設(shè)備的維護(hù)量，延長(zhǎng)提升機(jī)的使用壽命。

? 使用變頻器后，無(wú)需再使用接觸器，同時(shí)繞線式電機(jī)也可以更改為鼠籠式電機(jī)使用，無(wú)需對(duì)電刷和滑環(huán)進(jìn)行維護(hù)

? 變頻器運(yùn)行效率高，對(duì)電機(jī)和系統(tǒng)具有完善的保護(hù)、監(jiān)測(cè)及自診斷功能，如再結(jié)合PLC控制，可大幅度提高礦井絞車電控系統(tǒng)的可靠性。

三. 項(xiàng)目改造方案

1、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備概況

七臺(tái)河某煤礦井有一臺(tái)礦井絞車，其絞車參數(shù)為：電機(jī)額定功率280KW、電機(jī)額定電壓380V、電機(jī)額定頻率50Hz、電機(jī)額定轉(zhuǎn)速966r/min，電機(jī)控制方式：繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。

2、變頻器配置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)礦井絞車設(shè)備的負(fù)載特性、額定參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行工況，經(jīng)研究、討論確定為其改造設(shè)備配置如下變頻回饋電控系統(tǒng)，其主要地參數(shù)如下：

 3、礦井絞車變頻改造系統(tǒng)

節(jié)能改造系統(tǒng)共有兩個(gè)控制柜，由變頻器、能量制動(dòng)裝置、PLC、接觸器等部分組成，其具體功能概述如下：

（1）、系統(tǒng)改造后提升電機(jī)的變頻制動(dòng)控制方式與原有的轉(zhuǎn)子串電阻工頻控制方式可以自由切換，兩種控制方式切換相互電氣聯(lián)鎖，保證系統(tǒng)工作的安全性。

（2）、系統(tǒng)改造后保留礦井絞車原有的操作方式和習(xí)慣，即保留原有的凸輪控制器的檔位控制和操作方式。這樣，既不會(huì)影響礦井絞車操作員的正常操作，又保證了礦井絞車特種設(shè)備檢驗(yàn)合格。

（3）、提升機(jī)構(gòu)的變頻制動(dòng)電控系統(tǒng)，具有短路、過(guò)電壓、過(guò)電流、缺相、過(guò)載等多種保護(hù)功能，最大限度的保護(hù)礦井絞車的提升機(jī)構(gòu)。

（4）、系統(tǒng)采用變頻器驅(qū)動(dòng)提升機(jī)構(gòu)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。能量制動(dòng)裝置會(huì)將電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)下的再生能量進(jìn)行電阻消耗，保證變頻系統(tǒng)正常工作，同時(shí)大大節(jié)約電能。

n  系統(tǒng)原理示意圖如下：

?  提升機(jī)控制系統(tǒng)給變頻器正、反轉(zhuǎn)開關(guān)量信號(hào)：當(dāng)D1端與COM端閉合，則啟動(dòng)變頻器正轉(zhuǎn)（上升）運(yùn)行，斷開則停止變頻器；當(dāng)D2端與COM端閉合，則啟動(dòng)變頻器反轉(zhuǎn)（下降）運(yùn)行，斷開則停止變頻器；

?  提升機(jī)控制系統(tǒng)給變頻器加速的開關(guān)量信號(hào)：當(dāng)D3端與COM端閉合，則變頻器加速運(yùn)行。

?  變頻器給提升機(jī)控制系統(tǒng)反饋一個(gè)常開“抱閘輸出”開關(guān)量信號(hào)。當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定值后，才能讓升降機(jī)控制系統(tǒng)松開起抱閘，保證不出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象。同時(shí)關(guān)聯(lián)變頻器故障輸出常閉信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，能斷開抱閘信號(hào)。

 4、現(xiàn)場(chǎng)圖片

四、KE300A-06變頻器優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

KE300A-06變頻器在現(xiàn)場(chǎng)使用中，取得了效率高、故障率低等非常好的效果，得到客戶的一致認(rèn)可?？偨Y(jié)優(yōu)勢(shì)如下：

（1）、與傳統(tǒng)的非調(diào)速升降機(jī)相比，乘坐舒適性大為提高。保證了抱閘器打開瞬間的舒適度及安全性，上行無(wú)“過(guò)沖”現(xiàn)象，下行瞬間無(wú)“失重感”。

（2）、由于系統(tǒng)為低速制動(dòng)，制動(dòng)器相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦小，大大延長(zhǎng)制動(dòng)器的使用壽命。

（3）、低頻轉(zhuǎn)矩高。

（4）、有效的解決了機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)了齒輪、滾輪、軸承、齒條的使用壽命。由于變頻系統(tǒng)具有限流的功能，降低了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊電流，緩解了用電設(shè)備間的相互影響。

（5）、變頻調(diào)速系統(tǒng)具有完善安全保護(hù)功能。如欠壓，過(guò)壓、過(guò)轉(zhuǎn)矩、過(guò)電流保護(hù)等，使整個(gè)電控系統(tǒng)可靠性、安全性得到保證。

五、結(jié)束語(yǔ)

KE300A-06變頻器在礦井絞車的應(yīng)用，實(shí)際上很好地解決了礦井絞車的控制問(wèn)題。提高了煤礦行業(yè)的提升絞車設(shè)備的自動(dòng)化水平，加快了煤礦行業(yè)的產(chǎn)業(yè)裝備升級(jí)。并且采用變頻器控制以后使系統(tǒng)控制更為簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)具有多重保護(hù)，保證了抱閘器打開瞬間的舒適度及安全性，上行無(wú)“過(guò)沖”現(xiàn)象，下行瞬間無(wú)“失重感”，使系統(tǒng)更加安全可靠。