變頻器在礦用運輸絞車電控系統改造中的應用

河南煤業化工集團 永煤公司 車集煤礦 魏大慶

運輸絞車是煤炭輔助運輸中的關鍵設備之一，目前，我國還在運行的絞車電控系統有很大一部分是異步電動機轉子串電阻交流調速系統。這種電控系統能耗大，工作效率低，可靠性差，在很大程度上嚴重制約了輔助運輸的工作效率。采用變頻器對絞車電控系統進行適當的設計改造，同時運用PLC 作為控制器，可以很好地解決上述問題。本文，筆者主要介紹了一種利用變頻器對現有運輸絞車電控系統進行改造的方案，主要調速電控系統的控制回路與主回路控制器選用PLC 控制方式。采用這一方案，可以在很大的程度上降低能耗，提高工作效率。

一、硬件設計

1.變頻控制模塊與主回路設計。運輸絞車變頻控制系統包括主操作臺、PLC 控制模塊和變頻控制模塊等系統。系統主電路為變頻控制回路，其主要元件有各種狀態指示燈、傳感器、電磁閥、中間繼電器、PLC、變頻器等。變頻控制系統具有一定的保護功能，可以對溫度、電壓、過載和短路等進行異常保護。系統整體安裝在變頻控制柜中，柜內設有電路總開關，電源由外部用戶電網接入。

變頻器容量的計算要結合電控系統的實際情況進行。本文，筆者以雙鴨山礦業集團公司新安煤礦副井絞車為例，它主要采用交流繞線式電機串電阻調速系統，絞車為中信重型機械公司制造的JK-2.5×2/30型單繩繞礦井提升機；卷筒的直徑為2.5 m，寬度為2 m；減速機為XL-30，輸入轉速為980 r/min，速比為30；其長度為1 200 m，坡度為16°。電機的功率為355 kW，電壓為660 V，電流為419 A。

為了降低改造成本，沿用了該礦原有的繞線電機。由于該類型的電機較為陳舊，負載較為恒定，因此，確定變頻器容量的選取系數為1.2，變頻器容量的最小值為355×1.2＝426 kW。

（1）模塊設計。變頻控制模塊主要包括三相雙擲開關、變頻器以及具有保護變頻器作用的斷路器3 部分組成。該運輸絞車電機可以四象限運行（可以反轉加速、發轉減速、正轉加速和正傳減速）的特點，因此應該設計有較大的啟動、加速與制動力矩。由于電機制動比較頻繁，為了降低能量消耗，變頻器還設置了能量回饋單元。參照電機的參數，最終確定選用三菱FR-A540L-90K 型變頻器，其標稱容量為90 kW。

（2）變頻器主回路設計。絞車電機在制動時會產生再生能量，為了使能量可以回饋電網，達到很好的節能目的，變頻器采用了主回路雙向逆變方案。

（3）PLC控制模塊設計。應以輸入信號、輸出信號等為依據，選用合適的PLC 型號。輸入、輸出接點的分配，要參照具體的說明和要求進行設計。絞車在提升啟動的過程中，在加速、減速、爬行段設計為變頻調速運行；在絞車啟動加速達到額定速度時，PLC 控制使系統自動切換到工頻運行。考慮到了絞車車道的具體狀況，切換到工頻就可以在很大程度上減輕對變頻器的使用強度，延長變頻器的使用壽命，減少不必要的損耗。

（4）用戶操作臺設計。在用戶操作臺安裝正反轉指示裝置、深度指示裝置、系統故障指示裝置和電機速度指示裝置等裝置，便于司機隨時了解絞車的運行狀況，同時也方便了對絞車的操作和控制。為了不改變司機的操作習慣，仍采用手柄進行操作。

2.軟件設計。在系統上電后，首先應對系統進行初始化，然后對系統進行自檢，自檢通過之后可以對開機信號進行檢測，在接收到啟動信號后，可以對運行方向進行判斷。如果在運行過程中出現異常工作狀況，就可以隨機啟動系統保護，并對異常進行報警。

二、電控系統保護的實現

變頻器具有多種保護功能，可以在以下情況下對系統進行保護。

1.輸入的電源電壓較低。

2.輸入的電壓過高，甚至超過了額定值的125%，并且持續使用時間超過了30 s。

3.減速的時間較短，同時負載慣性過高，持續使用超過了30 s。

4.電源電壓的變動過高，電機產生了回升電壓，從而使得母線的電壓上升。

5.減速的時間過短，負載過高，致使直流母線電壓過高。

6.設置的加速時間過短，設定的轉矩提升值過大，直流定位制動電流過高，時間過長致使輸出電流過高。

7.功率模塊的驅動回路電壓超過了額定值。

8.在周圍強磁場的干擾下，影響了變頻器保護回路。

9.V/F 設置和負載不匹配。

10.變頻器加速執行，負載過重，電機電流激增，變頻器輸出電流生速過高，致使其停止加速。

11.執行減速時，受到負載慣性影響，電機產生回升能量，直流側電壓快速升高，從而使得變頻器停止減速。

12.外部故障端出現輸入保護。

在上述條件下，變頻器都會對電控系統實行很好的保護，設計者要針對上述情況，盡量將設備完善，為絞車的安全運行提供有利條件。

三、結論

本文，筆者主要闡述了變頻器在礦用運輸絞車電控系統的改造過程中應該注意的問題。變頻器在該電控系統中的應用可以提高絞車電控的可靠性，保證絞車的安全、平穩運行，有效延長了機械結構的使用壽命，在很大程度上提高了整個車體的安全性和性價比，生產效率也得到了明顯提高，具有一定的推廣價值。