礦用提升機(jī)制動(dòng)電阻與變頻控制柜 一、概述
礦井提升機(jī)廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井的提升系統(tǒng)用作提升礦物和物料及設(shè)備等，是礦井系統(tǒng)設(shè)備的咽喉，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，占有非常重要的地位，礦用生產(chǎn)是24小時(shí)連續(xù)作業(yè)，即使短時(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。因此，設(shè)備的安全可靠運(yùn)行就顯的特別重要。目前的電控系統(tǒng)存在著很多的不足，礦用提升機(jī)的技術(shù)改造要求迫在眉睫。
變頻調(diào)速是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對(duì)象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。
采用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以得到廣泛應(yīng)用。因此，應(yīng)用礦用提升機(jī)專用變頻器，對(duì)提升機(jī)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將成為歷史的必然趨勢(shì)。
二、傳統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)
1、礦用提升機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)
目前全國(guó)各類礦山的提升機(jī)（絞車）多采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串制動(dòng)電阻調(diào)速方案，用交流接觸器進(jìn)行速度段切換，這種調(diào)速方式在低同步狀態(tài)沒(méi)有制動(dòng)力矩，而提升工藝要求拖動(dòng)系統(tǒng)在低速爬行段能夠工作在制動(dòng)狀態(tài)（下放重物）或電動(dòng)狀態(tài)（提升重物）。
2、傳統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)存在的不足
擋位調(diào)節(jié)，調(diào)速不連續(xù)，運(yùn)行中機(jī)械振動(dòng)大，礦車沖擊大，制動(dòng)不安全；啟動(dòng)及換擋時(shí)沖擊電流大，啟動(dòng)電流一般是額定電流的1.7倍，有時(shí)會(huì)更大，如果加速快，甚至?xí)鹂傞_(kāi)關(guān)跳閘；調(diào)速時(shí)大量的電能消耗在制動(dòng)電阻上，浪費(fèi)嚴(yán)重，造成工作環(huán)境惡劣，空間噪聲大；維修量大，不方便。由于操作時(shí)交流接觸器頻繁動(dòng)作，易造成觸點(diǎn)及線圈的燒壞，轉(zhuǎn)子更換碳刷頻繁；耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時(shí)工作，生產(chǎn)量大，任務(wù)繁重，由于電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)落后，制造工藝落后，即使是短時(shí)間的維修，也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。
三、配有礦用提升機(jī)專用變頻器的提升機(jī)電控系統(tǒng)
變頻系統(tǒng)甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低了很多。調(diào)速連續(xù)方便，分段預(yù)置，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟起動(dòng)和軟停止，使運(yùn)行更加平穩(wěn)，機(jī)械沖擊小。
啟動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，加速過(guò)程中最大啟動(dòng)電流不超過(guò)1.3倍的額定電流，提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無(wú)級(jí)平滑地升至最高速，也沒(méi)有大電流出現(xiàn)，大大地減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。增加了直流制動(dòng)功能，使重車停車時(shí)更加平穩(wěn)，有效避免了“溜溝”現(xiàn)象。
采用能耗制動(dòng)電阻、回饋制動(dòng)單元或超級(jí)電容吸收技術(shù)，成功解決了位能負(fù)載在快速、減速或急停時(shí)的再生發(fā)電能量處理問(wèn)題，保證了變頻器的安全運(yùn)行。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償達(dá)到規(guī)范要求，重車啟動(dòng)正常。節(jié)能效果顯著。據(jù)實(shí)測(cè)，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)到30%左右。而且礦井越淺，低速段運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能效果越明顯。采用變頻控制后，原繞線式電機(jī)可改為普通電機(jī)，這不但降低了成本，普通電機(jī)比繞線式電機(jī)可節(jié)約投資1/3，而且電機(jī)維護(hù)方面，避免了轉(zhuǎn)子炭刷的燒損及維護(hù)。
四.礦井提升機(jī)專用變頻器的特點(diǎn)
礦用電網(wǎng)波動(dòng)較大，變頻器在（380V-10KV）±20% 能正常工作。運(yùn)行平穩(wěn)，加減速平滑，運(yùn)行速度曲線加速段、減速段為S型，在加減速過(guò)程中可做到加速度連續(xù)，無(wú)撞擊感。
對(duì)回饋能量的處理方法：回饋制動(dòng)單元，帶有能量回饋單元。將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量回饋到電網(wǎng)。變頻器在整個(gè)工作過(guò)程中提供所需要的力矩特性：?jiǎn)?dòng)力矩大于2倍額定轉(zhuǎn)矩，尤其是當(dāng)?shù)V車停在井筒中間時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在6HZ時(shí)大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。
有足夠的加速力矩，適應(yīng)重車提升時(shí)的加速過(guò)程。運(yùn)行過(guò)程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現(xiàn)鋼絲繩絞繩，會(huì)引起電機(jī)力矩的 跳變，變頻器能承受這種跳變。運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時(shí)能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)力矩，這時(shí)會(huì)有較大的能量饋送給變頻器。停車狀態(tài)下，能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)力矩，防止重車下滑。
五.變頻器技術(shù)指標(biāo)
變頻器容量：90KW-400KW/380V；頻率范圍：2-50HZ分段予置，連續(xù)調(diào)節(jié)；工作電壓范圍：380V±20%；過(guò)載能力：160%額定電流，允許1分鐘；220%額定電流，允許1.5秒。轉(zhuǎn)矩特性：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩，大于2倍額定轉(zhuǎn)矩；低頻轉(zhuǎn)矩，6HZ時(shí)大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩；制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩。
兩種制動(dòng)方式：直流制動(dòng)；回饋制動(dòng)，帶有能量回饋單元，將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量回饋給電網(wǎng)。除一般變頻器所具有的過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、溫升等多種保護(hù)功能外，具有開(kāi)機(jī)連鎖保護(hù)、自動(dòng)限速保護(hù)功能等。在各種不利情況下，能夠避免事故、確保安全。遠(yuǎn)距離操作及顯示，能顯示多種設(shè)置參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)。
六、幾種特殊功能的實(shí)現(xiàn)
1、對(duì)再生能量的處理：變頻器的主回路采用雙向逆變方案。原理示意圖如圖示。
2、直流制動(dòng)的作用：提升機(jī)配用變頻器，直流制動(dòng)電阻功能對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起重要作用。當(dāng)重車在井筒中間停車時(shí)，變頻器由高速平滑地降到低速，隨之施加一直流制動(dòng)信號(hào)使絞車停止，當(dāng)機(jī)械制動(dòng)起作用后方可去掉直流制動(dòng)電阻信號(hào)，使重車靠機(jī)械抱閘的作用停在中間。
啟動(dòng)時(shí)，先對(duì)電機(jī)施加一直流制動(dòng)信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到機(jī)械抱閘打開(kāi)時(shí)，方可去掉直流制動(dòng)信號(hào)，加上啟動(dòng)電壓，絞車轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器檢測(cè)下，一旦機(jī)械抱閘打開(kāi)，馬上給電機(jī)施加直流制動(dòng)信號(hào)，確保重車不可能下滑，要絕對(duì)避免“溜勾”現(xiàn)象。
3、為了盡量減小運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)械沖擊，在變頻器啟動(dòng)與停止過(guò)程中，最好做到加速度是連續(xù)的，即運(yùn)行和速度曲線是平滑的，即通常所說(shuō)的S形（在加速段、減速段速度曲線）加、減速曲線，見(jiàn)圖4。
當(dāng)井下及井口停車傾角很小時(shí)（約30），這時(shí)要求絞車運(yùn)行速度很低，否則會(huì)出現(xiàn)“松繩”現(xiàn)象。另外根據(jù)井筒中軌道情況，要求變頻器能以不同的頻率工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，變頻器可設(shè)置5個(gè)頻率段。例如設(shè)置6HZ、15HZ、25HZ、35HZ、50HZ 5個(gè)不同的速度。主令控制器的不同位置，對(duì)應(yīng)不同的直流控制電壓，也即對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)行頻率。
4、自動(dòng)限速保護(hù)：當(dāng)運(yùn)行接近終點(diǎn)時(shí)，給出一個(gè)減速信號(hào)，接到減速信號(hào)后，若主令控制器已經(jīng)操作減速，則變頻器按照主令控制器的操作改變運(yùn)行速度。若收到減速信號(hào)后，主令控制器沒(méi)有正常操作，則自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的自動(dòng)減速程序，將變頻器的工作頻率按預(yù)定要求逐步變?yōu)榈退龠\(yùn)行。這對(duì)預(yù)防“過(guò)卷”是十分必要的。此外，絞車帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)給出超速信號(hào)時(shí)，變頻器也能自動(dòng)減速。
5、連鎖開(kāi)機(jī)功能：絞車開(kāi)機(jī)必須按照給出的命令操作，當(dāng)給出“上行”或“下行”命令時(shí)，若操作人員的操作與命令不符，連鎖功能對(duì)此操作不響應(yīng)，變頻器不啟動(dòng)，連鎖功能是保證安全運(yùn)行的重要措施。
七、變頻改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析
1.變頻器在低速段運(yùn)行時(shí)節(jié)能顯著，由于提升機(jī)在井口及井底時(shí)都處于低速運(yùn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，一般設(shè)置升速點(diǎn)及減速點(diǎn)分別在70—100m左右，因此其低速運(yùn)行段大約在140—200m，根據(jù)坡長(zhǎng)的不同，其低速段約占30%左右，其綜合節(jié)電率約在20%左右。
2.采用變頻控制后，由于設(shè)置直流制動(dòng)，在運(yùn)行時(shí)油閘全敞開(kāi)，減輕了原工頻控下的磨損，油閘只是作為一種輔助設(shè)施，在電機(jī)停穩(wěn)后或在急停時(shí)快速抱閘用，據(jù)測(cè)算，該項(xiàng)損耗大大減低，每年也可節(jié)省2—3萬(wàn)元。
3.原工頻控制采用交流接觸器進(jìn)行速度段切換，用制動(dòng)電阻調(diào)速，而變頻控制則將其全部甩掉，不但節(jié)省了投資，也增加了可靠性，原用接觸器及制動(dòng)電阻，每2—5個(gè)月即可更換一次，維修費(fèi)用大，而且耽誤生產(chǎn)。
4.采用回饋制動(dòng)，其再生能量能回收利用，這也節(jié)約了一部分電能。綜上所述，其綜合經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯。 |
