礦井提升機中轉子變頻調速系統的應用研究

鄭碩劍

摘 要：進入到新世紀以來，隨著我國科學技術水平以及社會經濟水平的迅速提高，我國的各行各業都得到了快速的發展，在我國的煤礦行業中，礦井提升機是礦井地面和井下作業過程中十分常用大型提升機械設備，但是傳統的礦井提升機會使用到大量的電阻器、接觸器和繼電器，控制系統的復雜程度很高，這就帶來了其運行易出現故障并且噪音大并且維修工作量大等問題，同時也浪費了大量的電能。文章便首先介紹了礦井提升機轉子變頻調速系統的組成和系統功能，并且分析了其工作原理和調速性能，應用了此系統后大大的提升其生產過程的經濟效益和社會效益，值得進一步的推廣和使用。

關鍵詞：礦井提升機；轉子變頻調速系統；應用分析

1 轉子變頻調速系統的組成

通常情況下，組成此轉子變頻調速系統主要有三大部分，分別為操作臺，主控柜和變頻柜。而操作臺又是由三段組成的，分別為左段、右段和中段。在左端和右端的斜面位置處，都裝有指示燈和指示儀表，在左右段的平面部分，則分別裝有主令控制的操作手把、可調閘、按鈕以及各種轉換開關等部件，而在中段則裝有鍵盤以及彩色液晶體顯示器。另外，在操作臺的內部還裝有潤滑泵接觸器、一套副PLC、制動泵以及接口端子；一般情況下，系統主控柜都是由輔助繼電器和一套主PLC兩部分組成的，在文章所采用的轉子變頻調速系統中，繼電器采用的為施耐德系列繼電器；在此系統中，變頻柜選擇為西門子公司的6SE70系列的變頻裝置，其通常也是由兩部分組成，分別為逆變單元和回饋單元。

2 轉子變頻調速系統的功能

2.1 信號閉鎖功能

對于轉子變頻調速系統的信號閉鎖功能，其主要是通過如下的方式實現的：當在中間的繼電器輸入PLC時，如果打點信號的點數為“1”點，那么開車后系統就無法自動停車，只有人工讓其停車才能停下來；當打點信號的點數為“2”點和“4”點時，系統只能正向開車；當打點的信號為“3”點和“5”點時，系統則只能反向開車。

2.2 信號開車的方式

（1）手動開車。正常的狀態下都是手動開車的方式，速度的調節范圍為0-3.2m/s；（2）PLC應急開車。當發現PLC內部出現運行的故障時，系統會自動的將這些故障屏蔽，同樣的速度的調節范圍也為0-3.2m/s；（3）應急開車。通常在需要緊急開車的情況下會應用此種開車的方式，PLC內部的所有軟過卷故障會被屏蔽，速度的調節范圍為0-2m/s；（4）檢修開車。在檢修絞車時一般會采用這種開車的方式，同樣的，PLC內部的過卷保護也會被屏蔽，其速度最大也不會超過0.5m/s。

2.3 系統的安全保護措施

當系統出現異常情況或是運行故障時，而為了避免問題的進一步擴大，那么就必須強迫系統停止工作，并且還要防止其重新啟動，因此，系統就必須設有安全回路。在變頻調速系統中，一般都設有兩條安全回路。分別為主PLC和副PLC內部程序設置的安全回路以及繼電器中的安全回路。其中，繼電器中的安全回路與系統內的其他回路是獨立開來的，它對系統的閘制動系統和電氣傳動系統會直接起到安全保護作用。在系統的20項保護措施中，共計有15項是起到安全保護作用的，它們分別為高壓閉鎖保護、超速保護、過卷保護、松繩保護、過負荷保護、限速保護、腳踏開關保護、事故逆轉保護、變頻器故障保護、欠電壓保護、急停開關保護、信號方向閉鎖、油壓過壓保護、減速功能保護和斷銷保護。

2.4 上位機監控

通過對PLC通訊所采集到的數據進行監控，主要監控以下三大內容：（1）基本畫面。當絞車處于正常運轉的過程中，會顯示這一畫面。其顯示的內容有很多，如速度曲線、提升次數、打點信號、模擬顯示器運行裝置動畫圖、開車方式、速度、行程、安全保護故障顯示以及電機電流等；（2）子畫面。主要有監控一覽、故障一覽、分頁查詢以及數據參數修改等子畫面；（3）修改參數。為確保整個系統安全、穩定的運行，要想修改參數，就必須在系統中先輸入設定過的密碼，成功后才能進入修改子畫面。

3 PLC控制

通常情況下，轉子變頻調速系統的PLC主要包括CPU模塊、數字量模塊、模擬量模塊、電源模塊、高速計數器模塊以及主機架等部件，在系統的運行過程中，主PLC會對其進行有效的管控，同時執行正常的操作程序，其能與上位機進行即時的通訊，同時也可生成方向信號和開車信號，當出現運行故障時，可以及時的進行閉鎖和安全保護。

主PLC和副PLC都可以實現雙線控制保護，對于速度、過卷、減速以及容器位置等對系統運行會產生重要影響的信號應采用雙重保護，同時還具有位置保護和全行程速度保護功能。

4 轉子變頻調速系統的工作原理

首先，變頻器會將整流變壓器輸出的交流電源轉變成為直流電源，而在通過逆變單元時，此直流電源又被轉化成具有可控電壓和可控頻率的電流并且輸入到轉子中，其變頻電源通常為0-50Hz，也就實現了變壓和變頻的調速功能。當轉子側饋入功率了，那么其就是處于整流的狀態下，逆變單元也就處于了逆變狀態，如果轉子側是饋出了功率，那么逆變單元就處于整流狀態，回饋單元就處于了逆變回饋狀態。

5 轉子變頻調速系統的性能優點

5.1 結構簡單，不易出現故障

當在礦井提升機中應用了轉子變頻調速系統后，由于所采用的電路均為大規模和超大規模的集成電路，結構簡單并且不需要大量的元器件，大大的減少了原來系統的故障點，運行過程中的安全性和可靠性更高。

5.2 可無極調速，并且調速性能更好

應用轉子變頻調速系統后，其可以調速的范圍更廣，調速的性能也更加穩定，同時實現了無極調速。原來系統的調速性能差并且工作效率低，也無法無極調速。

5.3 工作更加穩定并且精度更高

此系統內部設有微處理器，軟件會自動完成調速的算法和整個控制功能，保證了控制參數的準確性，同時當確定了控制參數后，就無法隨意的將其更改，工作過程中更加穩定，并且具備較高的控制精度。

5.4 具備較強的故障自診斷能力

在轉子變頻調速系統中，軟件可以即時的反映出硬件的工作狀態，硬件系統也可以實時的監控軟件的運行性能，因此，無論是軟件還是硬件出現故障時，系統都可以將故障及時的診斷出來，并且維護也較為方便，降低了維護的成本。

6 應用轉子變頻調速系統后的效益

6.1 社會效益

應用轉子變頻調速系統后，大大的提升了電控系統的裝備水平，同時也大大的提高了設備運行過程的穩定性和安全性；此系統的性能好并且精度高，傳動部件之間的沖擊和磨損現象得到了極大改善，延長了礦井提升機的使用壽命；由于電控設備所采用的為柜式封閉的結構，并且PLC無需觸點就可以精準的控制，噪聲被大大的降低了，有利于環保工作的順利開展。

6.2 經濟效益

在應用了此轉子變頻調速系統后，耗電量得到了大大的降低，平均每年節省電量超過了10萬元；另外，此系統易損件較少，電氣元件有較高的可靠性，配件和材料的采購費用也降低了2萬元。

在我國煤炭行業的礦井提升機設備中應用了轉子變頻調速系統后，通過不斷的改良和測試后，現階段已經發展成為了一種較為成熟的技術，系統運行過程中具備較高的穩定性和安全性，同時各項參數指標也是符合相關的技術標準的。并且在礦井提升機中應用轉子變頻調速系統后，對于日后研究交流拖動機的電控技術也提供了重要的技術支持，獲得了較高的經濟效益和社會效益，值得進一步的推廣和應用。

參考文獻

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