鉛坑礦提升絞車變頻改造與應用

林清超

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鉛坑礦提升絞車變頻改造與應用

林清超

天湖山能源公司鉛坑礦機電車間

介紹了繞線式電機串電阻調速度提升絞車，利用變頻技術進行變頻改造，實現變頻無極調速，達到安全操作、節能降耗。在改造時，保留原來的工頻系統作為備用，并保持原有的操作裝置和操作習慣。

提升絞車 變頻器 安全 節能

1 前言

提升絞車是煤礦生產過程中的重要設備。提升絞車的安全、可靠運行，直接關系到礦井的生產狀況和經濟效益。天湖山鉛坑礦+750水平提升絞車（JTP-1.6×1.2 型）采用傳統的繞線式電機轉子串電阻調速，使用185kW繞線式6極電機，通過轉子串電阻方式進行5檔位切換進行調速。由于電氣控制系統存在缺陷，經常出現故障，嚴重影響生產的正常進行。其次，提升絞車在減速和提升階段的速度控制性能較差，經常會造成停車位置不準確。另外，提升絞車頻繁的起動、調速和制動，在轉子所串電阻上產生相當大的能耗。為提高設備的安全可靠性、降低能耗，對提升絞車進行變頻改造顯得十分重要。

2 提升絞車變頻改造

2.1 改造方案

通過調研與論證，結合鉛坑礦+750水平提升絞車的現場實際情況，公司決定對提升絞車進行變頻調速改造。利用自整角機來作為控制變頻器的速度給定，自整角機是通過角位移變送器輸出模擬量信號，絞車司機搬動操縱桿，角位移變送器輸出相應大小的模擬量信號，由此控制變頻器運行頻率，進而控制絞車的運行速度。操作起來十分方便，且與原操作習慣相似，絞車司機容易掌握。

本例變頻器選用成都佳靈電氣制造有限公司生產的JP6C-T9C系列礦用提升機專用變頻器，該型號變頻器主要特點是：性能穩定，可靠性高，啟動力矩及低頻運行力矩大，過載能力強，內置PID調節器，各項參數可靈活設置，能很好滿足控制要求。提升絞車變頻調速方案方框圖如圖1所示。

圖1

2.2 方案實施

2.2.1鉛坑礦+750水平提升絞車使用185kW電機，平時工作電流在280～380A，為保證安全，絞車上提或下放起動時都要加制動，起動完成后再松開，最大起動電流達到400多安。采用變頻調速后，上提或下放起動時，仍是要加制動，但由于起動時輸出頻率低，輸出電壓也低，起動電流只有幾十安，因此電機不會過流。考慮到有時可能會超載，且重載加速時間短，選型時變頻器容量需要加大，本例改造選用JP6C-T9C-220型變頻器，額定容量316kVA，額定電流415A，這樣有利于電機在過載時變頻器有足夠的過載能力。

2.2.2根據井下絞車環境粉塵大、濕度高等不利情況，配置JP6C-T9C系列提升絞車變頻調速裝置，工、變頻旁路控制方式，保留原啟動系統，作為工頻運行時的啟動方式。由于提升絞車的電機為繞線式電機，因此變頻運行時需將轉子短接。具體方案如圖2所示。

圖2

圖2中，（1）QF1是變頻器的電源開關， KM1和KM2、KM3和KM4是接觸器，具有電氣互鎖功能。

（2）變頻運行時，首先閉合QF1、KM1和KM4，同時KM2和KM3是斷開的，啟動變頻器，提升機變頻運行。閉合KM4的目的是在變頻運行時將電機M1的轉子繞組短接。

（3）當變頻器檢修或維護時，首先將變頻器的電源開關QF1、KM1和KM4斷開，閉合KM2和KM3，此時，電機使用原來的裝置啟動運行。將開關QF1和KM1斷開，變頻器處于無電狀態，便于檢修和維護，且不影響生產。當要轉入工頻運行時，必須斷開KM4，閉合KM3接入原電機轉子串聯電阻才能啟動電機。

2.2.3利用原來在提升絞車控制臺上的凸輪控制器，在凸輪控制器的后方軸上安裝自整角機，與凸輪控制器的中心軸同心，這樣就利用原來的提升和下放的操作方式。油路制動系統仍使用原來的操作手柄控制。

3 提升絞車變頻調速工作原理

提升絞車變頻調速系統主要由變頻器，行程控制、操作控制、能耗制動和抱閘制動等組成。變頻器實現對絞車升降的變頻調速。提升絞車變頻調速系統的原理如圖3所示。

圖3 提升機變頻調速系統原理圖

系統的運行過程主要分為兩個過程：

（1）提升絞車電機作為電動機的過程。該過程主要由整流、濾波和逆變三大部分組成。其中逆變過程是其核心部分，它改變電機定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調速作用。

（2）提升絞車電機作為發電機的過程，即能量回饋過程。當絞車下放貨物時，電機處于發電狀態，此時采用增加制動單元和制動電阻將回饋的能量消耗掉，以達到能耗制動的目的。

采用變頻調速實現軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠。起動及加速換擋時沖擊電流很小，減輕了對電網的沖擊。運行速度曲線成S形，低速（或零速）力矩可達200%，使加、減速平滑、無撞擊感，絞車運行更安全、可靠。

4 節能效果與綜合效益分析

4.1 提升絞車節能效果明顯

繞線式電機轉子串電阻調速，電阻上消耗大量轉差功率，速度越低，消耗轉差功率越大。使用變頻調速，是一種不耗能高效調速方式，且能夠帶來較好的經濟效益。鉛坑礦+750水平提升絞車變頻調速于2009年8月份正式投入使用，經過統計計算，使用串電阻調速提升一部礦車平均電耗1.7kWh，使用變頻調速后平均電耗1.28kWh，節能率在25%左右。鉛坑礦每月平均提升車數14000部，每月可節約用電5880kWh，每年可節約7萬多kWh，三年就可收回投資成本。

4.2 負力下放方便易行

用電力制動方式實現負力下放，不再通過施閘手段來實現，負力下放更加安全、易操作。

4.3 功率因數顯著增加

功率因數將從轉子串電阻調速的0.9提高到0.95以上，大大提高了設備對電網容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。

4.4 電機發熱大幅減輕

采用變頻調速，電機在加速、減速階段電流較低，因此電機發熱也降低了。與轉子串電阻調速相比電機定子溫度平均下降了10°C，轉子溫度平均下降了15°C，電機運行的故障率大幅度減少。

4.5 系統維修量大幅度減少

4.5.1由于實現了提升全過程的電力牽引與電力制動，機械閘只有在停車和安全回路保護動作時才起作用，因此閘瓦的磨耗大幅度減少。

4.5.2由于電壓和頻率均連續可調，電動機的起動電流可得到有效控制，轉矩沖擊不再存在，明顯地減少了轉子串電阻調速出現的齒輪箱和鋼絲繩等設備的機械故障，減少了設備的維修量和維修費用。

4.5.3由于電機轉子的繞組可全部短接，因此拆除了原來的碳刷，轉子電阻也無需使用，減少了碳刷、電阻的維修量和維修費用

4.6 工作條件得到改善

4.6.1由于拆除了轉子碳刷，解決了碳刷與滑環摩擦產生的發熱，也消除了碳刷磨損造成的碳粉。

4.6.2由于變頻調速電阻無需使用，徹底解決了工作現場環境溫度過高的問題。鉛坑礦絞車房的溫度由原來最高3７度下降到28度。

5 結束語

繞線式電機轉子串電阻調速方式，在礦井提升絞車上使用較多，轉子所串電阻消耗了大量的電能。實踐證明，變頻調速技術應用于礦井提升絞車，節能效果非常明顯，既提高了功率因數，又實現了絞車的軟啟動、軟停車、無沖擊、平滑調速等功能，延長了設備的使用壽命，大大降低了系統的能耗及設備的維護費用，直接和間接經濟效益十分明顯。

[1] 成都佳靈電氣制造有限公司. JP6C-T9 變頻器使用手冊.

[2] 中(高)壓大功率變頻器應用手冊[M]. 北京: 機械工業出版社，2003.