低壓防爆變頻電控系統在井下提升機中的應用

【摘 要】描述了低壓防爆變頻電控系統的工作原理，介紹了變頻電控基本技術參數、性能特點及控制方式。

【關鍵詞】低壓防爆變頻電控系統；井下提升機；應用

一、前言

（1）提升機電控系統發展趨勢。礦井井下提升機電控系統最初采用TKD型電控系統，無法實現提升機的經濟運行，且接觸器觸點多，故障率高。隨后采用PLC代替原來的接觸器控制，但仍無法減少大量電能的消耗。采用低壓防爆變頻電控后，通過對電網頻率的改變對電動機進行調速，且將部分電能回饋于電網，既減少了電能損耗，又提高了絞車安全運行的可靠性。（2）平禹煤電公司一礦絞車概況。為提高企業發展后勁、效益，礦井經過研究決定開采了二采區下山軌道，提升方式為斜井串車提升，提升絞車采用2JTB1.6×1.3-20型單滾筒提升絞車，主電機功率130KW、額定電壓660V、額定電流127A、減速比20、提升斜長570米。該提升機原電控系統采用交流接觸器加串接電阻進行控制，一方面由于該電控系統元器件觸點多，故障率高，且控制系統完全依靠手動控制，易出故障，安全運行條件差，提升安全系數低，不符合《煤礦安全規程》中相關規定。另一方面由于此系統采用改變轉差率的調速方式，大量的電能被白白消耗在附加電阻上，調速經濟性極差。這就造成該電控系統在不同程度上影響提升機的安全運行。因此，我礦與唐山開誠電器有限責任公司共同探討選型了ZJT系列防爆變頻電控，并于2006年7月對原絞車電控系統進行了改造。

二、工作原理

變頻器的調速原理如下：當電動機的極對數P不變時，電動機轉子轉速與定子電源頻率成正比。因此，連續改變供電電源頻率就可以連續平滑的調節電動機的轉速，變頻調速的主電路的結構形式采用交-直-交方式，首先通過整流電路將電網的交流電整流成直流電，再由逆變電路將直流電逆變為頻率和幅值均可調的交流電，從而達到調速的目的。

三、性能及特點

一方面變頻調速具有調速范圍大、調速平滑性好、控制精度高、響應速度快、機械特性硬及四象限可逆運行等良好的技術性能，在調速性能方面可與直流調速相媲美。另一方面變頻調速系統在節約能源方面存在著很大的優勢，在交流電機驅動的系統中，電動機的選用往往留有一定富裕量，電動機不總是在最大負荷情況下運行。通過對電機加速段和爬行段轉速進行控制，不但可以提高提升效率還可以達到節能降耗的目的。散熱是防爆變頻器遇到的最大難題，變頻器內部逆變模塊是發熱最多的部件，據專家估計：它約占整個變頻器所有散熱量的一半，而整流模塊發熱量約占整個變頻器的45%左右。該防爆變頻電控采用熱管散熱技術，將功率器件安裝在散熱的蒸發段，并密封在防爆殼內，熱量就通過蒸發段傳到冷凝段而散發出去，在自然對流的冷卻條件下，熱管散熱器比實體散熱器的性能提高10倍以上，無需風扇、沒有噪音、免維修、安全可靠。

四、基本技術參數及現場整定參數

（1）基本技術參數。輸入電源電壓：AC660V±10%，頻率50HZ；變頻調速裝置輸出頻率范圍：0HZ～50HZ；控制電機功率：45KW～250KW；額定工作電流：50A～200A；主令控制器本安工作電壓DC24V，本安工作電流<20mA，短路電流<70mA。

程序參數控制器（操作臺）本安工作電壓DC24V，本安工作電流<40mA，短路電流<200mA。（2）現場整定參數。加速時間：

5s；2，減速時間：8s；3，電流限制：254A；上過卷：2m；；等速段超速：3.52m/S；編碼器斷線保護，編碼器運行速度與變頻器速度差超過0.5m/S；上減速點：（距上停車點）PLC內對應25m；下減速點：（距下停車點）PLC內對應25m。

五、控制及安全保護

控制及安全保護部分采用可編程控制器的RS485串行通訊方式實現系統控制的智能化和網絡化。（1）控制方式。采用先進的可編程控制器作為主控器件，在控制精度方面可對提升機速度進行逐點和連續監控，可實現數字化的行程給定功能，使定位精度≤1㎝。在控制方式上，將各種外設控制開關、傳感器信號經PLC邏輯運算處理后，控制相應的接點動作，完成提升機的啟動、運行、停車、保護、報警、復位等過程。（2）安全保護。主控PLC在完成提升機手動、自動、檢修等運行方式的基礎上，具有完善的安全保護功能，形成硬件安全電路與軟件電路相互冗余、相互閉鎖，完成提升機機械、液壓、電氣等方面的故障檢測、報警與保護功能，符合《煤礦安全規程》之規定。除此之外，該電控系統可通過變頻器、可編程控制器及操作臺上各指示燈的工況，直接觀察控制環節及主要器件的工作情況，使控制過程更加簡潔、維護方便。