淺談變頻技術在煤礦提升系統中的應用

摘 要：近年來，由于能源的緊張，煤炭資源成為我國主要日常消耗的主要能源之一，隨著生產和生活中對能源的需求量不斷的增加，對煤礦企業的生產量提出了更高的要求。煤礦企業是一個高危行業，在礦井作業中，其提升系統具有十分關鍵的作用，科技的快速發展，煤礦礦井的自動化程度也在不斷的提高，變頻器作為一種特殊的低頻電源在提升機中得到了廣泛的應用，通過變頻器的作用，有效的實現了提升機的平穩制動和穩定爬行。文章針對變頻技術的特點進行了說明，分析了變頻技術在煤礦提升系統的具體應用情況，并對系統的控制方式，低頻系統的控制進行了具體的闡述。

關鍵詞：變頻技術；煤礦礦井；提升系統；應用

前言

煤礦的提升系統是保證煤礦正常生產經營活動的關鍵，在科技快速發展的帶動下，煤礦在礦井作業中也在很大程度上實現了自動化，隨著自動化水平的不斷提高，提升系統的性能和效率都得到了明顯的改善。提升系統能力不斷提高，對交流高壓電機制動也提出了更高的要求，在礦井提升系統中，普遍的變頻器在設計之初是針對對低壓電機的，因此在提升系統中直接使用普通的變頻器則會導致變頻器在使用過程中發生過壓危險而燒毀，影響到煤礦礦井提升系統的正常運行。針對這個問題，在長期的工作實踐中筆者利用某公司的變頻器技術，結合礦井提升系統的使用要求，對普通變頻器進行了一些發行，從而使改造過的變頻器在提升系統運行過程中，無論在制動還是爬行過程中都保持了輸出頻率的不變，有力的保證了提升系統在運行時的穩定性。

1 變頻技術的特點

1.1 啟動平穩

煤礦作為一種特種作業行業，由于其井下作業的特點，大部分作業設備都位于井下，這就對煤礦供電系統提出了更高的要求。但大部分煤礦的供電系統在長期的運行過程中都有很多不足的地方，這些不足的地方將直接影響到設備在啟動時的電壓瞬間下降，電流突增，這種情況將直接影響到井下作業設備的運行，甚至燒毀部分設備，為井下事故的發生埋下了不安全隱患。目前利用變頻技術將使這一問題得到有效的解決，變頻技術在啟動時會產生較大的轉矩，電壓不會產生波動，保證了啟動時設備的平穩運行，是十分安全可靠的。

1.2 調速功能好

通過變頻對電機控制主要是根據電機負荷的變化和實際工藝參數的變化，來實現電機的轉速調整，從而達到電機運行的穩定性。這樣不僅降低了電機的損耗，還能使調速系統自動補償，提高了電網系統的功率因素，降低了無功損耗，可靠、高效。

1.3 節能降耗

變頻技術通過改善工藝流程，提高產品質量性能，使得電機所需的物料流量、壓力達到最佳參數，不僅減少了不必要的浪費，而且還降低了調速本身的消耗，節省了穩定速度設備和反饋控制設備。

2 變頻技術在煤礦提升系統中的應用

在煤礦企業當中，井下和地面的運輸主要依靠提升機來完成，在運輸的過程中需要對提升機進行調速控制，在傳統的提升系統中利用交流繞線式電機轉子串電阻調速控制系統來保證減速和爬行時的穩定性，但此系統雖然也能在減速和爬行時實現控制，但對速度的控制能力較弱，無法實現恒減速，同時在控制過程中還極易損害電機的各部件，導致設備的故障率上升。而變頻調速技術則有效的解決了上述問題，實現了對提升機的恒加速和恒減速控制，有效的避免了提升面提升過程中事故的發生機率，同時也有效的實現了節能的效果。

變頻技術在提升機的調速上發揮了很好的作用。提升機在升降過程中需要進行減速或是加速，變頻器通過改變提升機上電機輸入電源的頻率來調節電機的轉速功能，真正意義上實現了提升機的恒加速和恒減速要求，有效的保證了提升機的軟啟動及平滑調速。同時變頻器還有效的控制了提升機的升降速度，避免了提升機在提升過程中因長降速度過快或是過慢而產生過卷、過放或是脫軌翻車等事故，對提升機的穩定性有了較大的改善。

3 系統的控制方式

3.1 開環控制方式

系統的開環控制可以分為為腳踏制動方式、腳踏驗繩方式、低頻爬行方式三種。在腳踏制動和腳踏驗繩方式這兩種開環控制方式下，踏板帶動的自整腳機輸出的信號決定了變頻器的輸出電壓大小，因此變頻器需要輸出的低頻電壓可以由司機確定。而低頻爬行方式是在低頻制動完成并達到爬行點速度后，輸入低頻爬行信號，低頻制動完成，變頻器的低頻電壓輸出是預先設定的。

3.2 閉環控制方式

煤礦礦井提升系統低頻制動階段變頻器的模擬輸入信號是高壓電機的模擬速度信號，低頻電壓輸出信號閉合，反（或正）轉信號閉合，其他信號斷開。根據低頻電壓輸出信號閉合瞬間，變頻器將模擬電壓輸入信號的值折算為預先設置的減速曲線斜率和制動時間，以及高壓電機高壓斷開時的瞬間速度，生成高壓電機低頻制動時的速度曲線，在保持頻率不變的情況下，根據實際的速度反饋和生產的速度曲線控制變頻器的輸出電壓，從而達到良好的制動效果。

4 低頻運行系統的控制

根據煤礦礦井提升機低頻制動的特殊要求，我們在煤礦礦井主井提升系統所采用的ACS6000系列產品內置了特殊的應用。實際運行時，當高壓投入提升機后，根據提升機的運行方向輸入正、反轉運行信號，此時變頻器根據面板設置的頻率輸出所需頻率，低頻電壓輸出處于“等待”狀態，同時變頻器根據模擬電壓的輸入值，實時記錄和監視高壓電機的速度。當高壓斷開瞬間后，低頻輸出信號輸入，此時變頻器會根據此瞬間記錄的高壓電機速度，生成高壓電機低頻制動到爬行速度的速度曲線，變頻器輸出端交流接觸器將再延時約0.5s后閉合，變頻器輸出的低頻電壓開始接入高壓電機。

剛開始時，電機的實際速度和變頻器生成的制動曲線相差會很小，制動反饋的能量也較小，變頻器輸出的電壓也較低。同時，外部的速度檢測器也將根據提升機的實際速度，逐級切除高壓電機轉子上的電阻，確保具有足夠的制動力矩。當達到制動階段期間，變頻器會實時檢測和監視高壓電機的速度，根據所生成的制動曲線和實際速度之間的偏差，模擬低頻發電機制動系統的運行狀態，調節變頻器輸出的低頻電壓。當高壓電機的制動速度達到爬行速度時，輸入爬行信號，變頻器將根據預先設置的爬行電壓，直接輸出爬行所需低頻電壓。

5 結束語

在經濟的提速下，各行各業對能源的需求量增加，煤炭作為我國最主要的能源，其開采量的多少直接影響到人們對煤炭的使用需求，為了滿足人們對煤炭的需求量，保證煤礦企業的正常運行是至關重要的，礦井提升系統是保證礦井和地面進行運輸的重要工具之一，也是保證煤礦企業正常生產的基礎，因此對礦井提升系統的不斷改進，把先進的變頻技術應用到提升系統中對礦井的提升系統是重大的改進，不僅使提升系統更具有先進性，同時也提高了其工作效率，保證了其工作時的安全性，極大的帶動企業的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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