提升絞車變頻調速改造及效果分析

張芳房

福建省永安煤業有限責任公司，福建永安 366105

提升絞車變頻調速改造及效果分析

張芳房

福建省永安煤業有限責任公司，福建永安 366105

煤礦在用的提升絞車多數采用繞線電機轉子回路串電阻調速，存在調速不勻，發熱，能耗大，故障多等缺點。變頻調速可以實現提升絞車的無級調速控制，具有自動控制，消除電阻器發熱，降低能耗，故障少，維護方便等優點。本文敘述煤礦提升絞車變頻調速的改造及應用效果。

煤礦；提升絞車；變頻調速；改造；節能；效果

0 引言

煤礦提升絞車擔負著斜井或立井的提升運輸任務，是提升煤炭、矸石、材料及運送人員的關鍵設備。煤礦在用的提升中，多數是采用繞線式電機轉子回路串電阻調速，是能耗較大的設備。變頻調速的普遍應用，為煤礦提升絞車的調速改造，開辟了節能新途徑。在較少的投資改造后，能夠實現無級調速，降低能耗，故障少，維護方便等良好效果，具有廣泛的應用前景。

1 提升絞車串電阻調速的缺點

1.1 有極調速，變速沖擊大

提升絞車串電阻調速，在加速或減速過程，其速度呈階梯式躍變，變速沖擊大，對提升鋼絲繩，提升容器及連接裝置等都產生較大的沖擊力，也容易造成提升容器脫軌掉道。在提升運送人員時，其調速不勻稱，讓乘坐人員感覺不舒服。變速沖擊也給礦井提升安全帶來隱患。

1.2 電阻器易發熱，能耗大

提升絞車串電阻調速，在低速運行階段，其能耗在轉子回路的電阻器上消耗，電阻器易發熱，造成了嚴重的能源浪費。當下放重物時，電機處于發電狀態，由于沒有能量處理環節，大量的電能消耗在轉子電阻上，據測定，約有30%的能量消耗在電阻器上，造成浪費。同時也影響電阻器及電機的使用壽命。

1.3 啟動電流大，力矩小

繞線式電機的啟動電流達額定電流的2～3倍，給電網造成沖擊，特別是較大功率的提升機更為明顯。啟動力矩小，帶負荷能力差。在低速和爬行階段。需要依靠制動閘配合進行速度控制，速度控制性能較差。

1.4 控制系統復雜，故障多

提升絞車采用串電阻調速，其電控系統復雜，電器元件多，因頻繁的調速切換過程中，很容易使接觸器、電阻器、電機電刷等電器元件出現故障、失靈或損壞。維修費用高，維護工作量大，影響礦井生產的機率高。

2 變頻調速改造措施

提升機的電控系統采用PLC精確控制，用變頻調速系統替代原串電阻調速系統。這里介紹保留原有的串電阻調速系統，改造時增加轉換開關，以實現在變頻調速或串電阻調速之間的靈活切換，達到兩套系統互為備用。具體接法如下。

2.1 主回路

主回路增加3個三刀雙向開關（QS1、QS2、QS3）作為切換裝置，讓三相電源、定子線圈、轉子線圈分別接至相應開關位置，實現切換。如圖1（a）、（b）所示。

當處于變頻調速運行時，所有開關切換至變頻位置，三相電源經雙擲開關 QS1、自動空氣開關QA接至變頻器輸入端子（R、S、T）（同時將零線接至變頻器零線端子N），變頻器輸出端子（U、V、W）經雙擲開關QS2接至電機定子線圈，繞線電機轉子線圈經雙擲開關QS3后處于短接狀態。

圖1 主回路工、變頻切換原理圖

當處于原串電阻調速運行時，所有開關切換至工頻位置，三相電源經雙擲開關QS1、QS2接至定子線圈，繞線電機轉子線圈經QS3接至原調速電阻裝置。

2.2 控制回路

變頻調速器提供完善的接口電路和工業標準信號，內設PLC與計算機編程接口，采用最新WINDOWS版本編程軟件進行編程，既可以與新裝系統實現配套使用，也可以對老系統進行改造。接口電路實現了變頻調速器與控制系統的連接，具有正、反轉控制，速度調節，（可以采用檔位調節方式，也可以采用模擬量輸入方式），制動系統連鎖，安全回路連鎖，監視操作、自動運行、狀態提示等功能。

2.3 運行控制方式

變頻調速器依據提升機控制系統的不同，采用不同的接線方式及控制程序，可以實現靈活的操作運行方式。變頻調速系統可以實現自動運行和手動運行兩種方式。

2.3.1 自動運行方式

利用變頻調速器內部的PLC 控制系統，設置閉環速度控制軟件參數，可以實現從起步、加速、等速、減速、停車等全過程自動調速運行方式。提升機運行過程中，除開、停機外，可以不需要人工干預。同時在控制臺顯示不同的運行狀態。

2.3.2 手動運行方式

在設置手動運行方式下，操作人員通過改變主令控制器輸出量，來控制變頻調速器，以實現電機的爬行、加速、減速、等速運行，實現無級調速。在系統給出減速信號后，變頻調速器同樣會啟動機內部自動減速程序。有效防止人工誤操作的發生，保障系統運行安全。

3 變頻調速應用效果

1）新型變頻調速器具有能量回饋功能，將提升絞車下放時的機械能轉換成電能回饋到電網。同時消除了調速時電阻能耗所產生的發熱。節電效果明顯。改造前后通過電能計量統計，節電率可達 30%～35%；

2）調速范圍廣，實現無級調速。從起步、加速、等速到減速停車，全過程變速均勻，消除了階梯變速的現象，使提升容器的起步，停車運行平穩，減少機械沖擊，提高了安全系數；

3）啟動電流小，起步平穩。電機在低頻率下啟動，電流小，對電網及機械沒有沖擊。加減速過程中電機控制平穩，速度不隨負載的變化而有變化；

4）故障少，減少了維護工作量，降低維修成本。同時也沒有了電阻的發熱，改善了作業環境；

5）機械制動與安全回路配合可靠，當系統出現緊急情況或突然停電時，變頻調速系統能夠發出指令，自動實現機械制動，最大限度的保障了安全。機械制動時變頻調速系統不會出現過載、過流等現象，可以實現重物的上升中途停車或平穩起步；

6）操作簡便、易于掌握，設備振動小，噪聲降低。

4 結論

選用能量回饋型變頻調速器，對提升絞車進行了變頻調速改造后，運行情況良好，控制系統安全可靠，穩定性好，操作簡單方便，維護量少，節電效果明顯。

[1]電力拖動與控制.中國礦業出版社.

[2]PLC編程入門教程.西門子公司.

[3]變頻調速器產品說明書.

TH2

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1674-6708（2011）50-0186-02