變頻調速技術在煤礦提升絞車中的應用

摘 要：在煤礦開采中，絞車是最常見的運輸設備，但是由于電氣控制措施的不合理，導致較多安全事故的出現。而變頻技術的應用對于實現礦井運輸絞車的無極調有著非常好的效果，變頻技術的應用于煤礦電控絞車系統中明顯的減少了事故的發生，而且對于提高絞車的工作效率和工作質量都發揮著重要的作用。因此，本文主要介紹了變頻技術在煤礦絞車電控系統中的具體應用。

關鍵詞：變頻調速；PLC；提升絞車；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.045

0 引言

在各類型煤礦的挖掘與開采中，絞車都是必不可少的運輸設備之 一，為了進一步提升絞車運行中的安全性、經濟性與可靠性，并且達到了節能與增效的目標，必須對絞車的電氣控制措施進行改造，其中變頻技術的應用是至關重要的。基于持續完善PLC系統程序的影響下，在設備控制當中的變頻絞車越來越表現為節省電能、維護次數少、可靠性強等一系列的特點，相比較于傳統意義上的交流異步電機，其跟當前國內煤礦的綜合化與現代化發展非常適宜。下面，筆者對煤礦提升絞車中應用的變頻調速技術的有關問題進行了簡要地分析。

1 煤礦應用的提升系統簡介

當今，國內應用的交流異步電機的邏輯控制設備的組成部分是接觸器與繼電器，其借助轉子串切電阻有級調速的手段來控制絞車。然而，因為這種電機在換擋和開機的情況下，太大的電流會影響到設備，這不但使精度控制降低，而且不利于電機應用年限的延長。再者，其難以維護、調試不方便、損耗電能大等，因此跟國內煤礦高效化、綜合化、現代化的發展要求相悖。鑒于此，由于變頻調速技術的特點是故障率低、便于操作、啟動穩定、調速范圍廣等，因此備受重視。尤其是在煤礦提升系統中越來越成熟應用PLC變頻調速系統的影響下，設計與優化煤礦提升絞車中的變頻調速技術變成煤礦安全生產的一個發展方向。

2 變頻調速技術的原理和應用效果

2.1 變頻調速技術原理

變頻調速技術是對電機定子供電頻率進行改變的基礎上實現轉速的變化，工作中重點涵蓋劃歸絞車電機為發電機回饋能量的過程與電機的逆變過程。其中，調速工作的中心環節是逆變，其涵蓋濾波、整流、逆變幾個過程，該過程使電機定子供電頻率發生改變而對輸出電壓進行調節，從而實現對絞車速度的控制。回饋能量的過程涵蓋輸出濾波、整流、逆變回饋這幾個環節。逆變回饋的目的在于確保統一性的電網電壓相位和逆變回饋輸出電壓相位。務必將輸出濾波加入到系統當中，進而確保逆變的順利運行，且降低污染電網的概率。除此之外，由于煤礦電壓存在較大的波動性，因此還需要將剎車環節加入到系統當中，從而使變頻控制安全系數提升。

2.2 變頻調速技術應用的效果

變頻技術無級調速的實現不僅確保停車、運行、啟動、減速、加速過程中的絞車的穩定性，而且使加速和減速過程中沖擊機械設備的情況減少，以及實現了調速范圍的拓展。有效地契合安全回路與機械制動確保系統在瞬間停電與緊急狀態下的變頻調速系統機械制動的自動實現，進而保障系統的安全性。另外，因為變頻調速有著回饋能量的作用，此技術有著顯著的節電優勢。

3 基于PLC的變頻調速系統設計

3.1 煤礦提升系統當中PLC的功能

PLC就是所謂的可編程控制器，其屬于借助能夠編輯程序的存貯器來定時、計數、邏輯運算、算數運算的電子操作系統，有著穩定性強、程序編輯簡單、使用普遍、抗干擾性的特點。存貯器在運動指令的情況下在模擬輸出和輸入數字的基礎上對一系列的過程進行控制。借助PLC變頻器控制提升的高度與速度，能夠確保更加簡單和穩定制動的實現，且在有效降低系統體積的過程中實現安全性與控制精度的提升。

3.2 基于PLC的變頻調速系統設計

3.2.1 變頻系統的設計

一是對系統變頻器的容量進行合理地選擇。電機的啟動轉矩通常是額定轉矩的1.7倍，兼顧到要求借助110%額定負載動載試驗和電壓波動的影響要素，需要確保最大轉矩是1.9倍的負載轉矩，為了保證應用的安全性，能夠在變頻器容量提升的基礎上得到200%的負載力矩值，相應量的高次諧波涵蓋于變頻器輸出電源當中，這會導致電機諧波損耗的形成。為此，需要實現其電流的增加。二是在選用變頻器的問題上，因為升降絞車存在比較大的慣性，所以需要其具備較高的運行能力，能夠控制交流電機的核心變量，且重點控制轉矩和定子磁通。有效統一良好的電機軟件模型與高速信號處理器更新電機狀態，能夠快速地響應剎那斷電和改變的負載。三是需要科學地選用制動電阻。因為加成重載降低情況下重力加速度的形成會使變頻器直流回路電容升高電壓，所以務必實現制動電阻的增加，從而有效地進行控制。借助電阻制動能夠確保重物穩定地就位。

3.2.2 PLC系統的設計

設計PLC系統需要對絞車提升的功能（急停要求、最大速度、最大靜張力、高度提升等）與變頻器系統的參數進行參考，選用符合絞車工作狀態的傳感器與控制器。再者，在估算用戶存儲容量和對閱點數的基礎上選用PLC型號，且立足于控制速度選用適宜的CPU結構與功能。需要明確的是，運行過程中的PLC由輸入信號至輸出控制面臨滯后性的情況，能夠選用快處理速度的PLC，這樣能夠控制在0.5us之內的一條指令的執行時間。PLC主要是模塊式與整體式的構造，其中模塊式的構造擴充容易，且組態靈活，為此非常適宜應用于大規模的遠程I/O系統和集散控制系統。

4 結語

總而言之，相比較于傳統意義上的交流異步電機控制，變頻調速能夠軟起軟停設備，這樣在降低機械沖擊影響的過程中提高了系統控制的安全性與穩定性，有效地統一PLC技術可以持續地簡化系統，且實現設備拓展性能的提升。技術工作者需要明確變頻調速技術的價值與意義，不斷地優化與改造提升絞車的變頻，且總結經驗，從而在煤礦提升絞車中有效地體現PLC變頻控制技術的巨大優勢。

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作者簡介：張金淇（1986-），男，福建龍巖人，專科，助理工程師，主要從事煤礦機電技術管理工作。