解析礦井變頻絞車的工作原理和運行故障處理

摘要：隨著變頻器的發展，變頻絞車普遍應用于礦井系統中。文章通過分析變頻絞車的工作原理，變頻器調速系統設計，并且闡述了運作中的故障以及處理方法。

關鍵詞：礦井；變頻調速系統；變頻絞車；故障處理

中圖分類號：TD534文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）18-0108-01

隨著變頻器的大力生產，變頻器被廣泛應用在礦井系統的運作中。依據電控系統的不同，礦井的絞車可以分為許多種，例如沒有控制系統的絞車，轉子串電阻調速的絞車電控系統，防爆液壓絞車等，這些控制系統都或多或少存在問題或者缺陷，而采用變頻絞車可以解決此類問題，彌補缺陷。

1變頻絞車的工作原理

1.1交流電動機的轉速表達公式

n=60 f（1-s）/p，其中n為異步電動機的轉速，rpm；f為異步電動機的頻率，Hz；s為電動機轉速率，Hz；p為電動機的極對數，而電動機的級數是從出廠就不會改變的。從公式可以看出，轉速n和頻率f成正比例關系，因此，改變頻就可以改變轉速。頻率的范圍為0~50 Hz時，電動機的轉速調節變得非常寬。變頻器一般是利用改變電動機的頻率來實現調速的。利用變頻器調節電動機的轉速是一種理想的調節手段。

1.2“交-直-交”變頻器

“交-直-交”變頻器是指可以任意改變頻率的交流電源，它利用三相全波整流把交流電源變頻器整流成直流，最后再利用開關元件把直流變成交流，達到對電源的控制。因為變頻器可以隨意控制電動機的頻率，它一方面可以實現對電動機的正反轉，另一方面可以通過PLC實現對電動機的負力運行、動力制動、電氣制動以及二級制動等。

1.3系統運作過程

變頻器通常是通過改變電機定子電頻率來實現改變電動機的轉速的。絞車電機是電動機的過程，它是正常的逆變過程，整個過程由實現整流、濾波以及正常逆變三部分構成，而其核心部分為正常逆變，這部分可以改變電動機的供電頻率，進而改變輸出電壓，起到調節作用。絞車電機是發電機的過程，也是實現能量回饋的過程。這個過程由整流、回饋逆變以及輸出濾波等構成，整流是由正常逆變部分中的TGBT的續流隔離二極管完成的，此處采用二級管的作用是隔離回饋逆變以及正常逆變的部分。而電解電容為回饋逆變部分提供電壓源，從而確保逆變部分的運行可靠。回饋逆變作為整個回饋過程的核心部分，要確保回饋逆變輸出電壓相位要和電網電壓的相位保持一致。回饋逆變輸出的是調制波，該系統增加輸出波部分，確保逆變的正常工作，還能夠減少對電網的污染，促使該系統變得更加穩定。礦區電壓的波動比較大，而變頻器的回饋條件是要保證和電網電壓存在固定的電壓差值，如果當電網電壓突然比較大時，加之存在固定電壓差值，在回饋時變頻器的母線就會承受比較高的電壓，另外還會出現重車下滑的現象，此時母線的電壓可能更高，高電壓會影響到變頻器的大功率器件的安全，因此通常為系統增加剎車部分，從而確保變頻器的安全。

2變頻器調速系統設計

變頻器調速系統設計要注意以下的方面：①電源柜，電源柜通過隔離開關，既為變頻器和提升機提供電源，也為PLC控制臺以及操作控制控制臺提供工作電源。②變頻器容量的選擇。變頻器的選擇中，要考慮到電機的起動轉矩是額定轉矩的1.7倍，還要考慮電源電壓波動等因素，提高變頻容量可以獲得更多的負載力矩值，變頻器輸出的高次諧波，可以引起電動機內部諧波耗損，增加電流。③變頻器的選擇。絞車升降的運作具有較大的慣性，四象限運作與其他的傳動機械不同，它對于變頻器具有更高的要求，它能夠控制交流電動機的核心變量，它能夠使高速信號處理器和電機軟件相結合，促使電機更新狀態，能夠迅速對負載和瞬時掉電做出反應，還能夠通過有效的磁通制動來提供制動力矩。④制動電阻的選擇。當絞車重載下降時，受重力的影響，電機旋轉速度超過了變頻器輸出頻率所對應的轉速，處在發電制動狀態的電機，可以把負載的機械能轉化為電能，再反饋給變頻器。應該在控制電路中加入制定電阻，當由于充電而造成變頻器直流回路的電容電壓升高時，為了避免高壓引起變頻器過壓保護電路動作切斷變頻器的輸出。電阻制動可以有效的促進電機的制動，確保重物的就位。制定電阻一般在變頻器超過電壓極限的條件下開始運作。

3故障以及維修

保護引起的故障主要有電源未合、硬件上下過卷、軟件上下過卷、軸編碼器故障、殘壓過高故障、變頻器失控故障、急停故障等。對于變頻器電源未合，通常稱為主電源未合，如果出現操作臺上的變頻器電源沒有顯示，就要檢查變變頻器的供電情況，以及供電的饋電開關、接觸器、繼電器的輔觸點、光示牌的故障情況等。硬件上下過卷通常是指出現硬件上下開關動作或者斷開，在此時采取把過卷旁路開關轉換到上下過卷旁路位置的措施，還要用檢修方式把車開到正常位置，就可以正常停車。軟件上下過卷是指設置上下過卷、于控制系統軟件中，還要合理設置，上下卷過大會造成事故，上下卷過小會因為誤差而引起過卷，影響正常開車。軸編碼器故障是指變頻器反饋速度和軸編碼器采集速度誤差超過0.3 m/s，就會引起軸編碼故障，要及時的檢查編碼器和速度反饋是否有斷線，編碼器連接部分和傳動部分的可靠性以及變頻器速度反饋的情況等。如果液壓站殘壓過高會引起溜車，此時應該檢查液壓系統，以便調節合適的壓力。變頻器失控故障是指PLC控制系統和變頻器的輸出指令不一致，要檢查以下部分：檢查變頻器控制器的接線情況，變頻器運行反饋的輸出情況，變頻器反饋線路的運作是否正常以及變頻器運行反饋的中間繼電器吸合的運作情況等。對于急停故障的處理，它是指系統的硬件安全電路和軟件安全電路，他們相互監控，出現故障，就會同時跳故障，如果出現PLC緊停故障，可以檢查變頻器電源未合、過卷故障、軸編碼故障、液壓站殘壓故障、傳動系統、硬件緊停等。

4結語

變頻絞車在礦井系統中承擔著重要的運輸作用，它是礦井運作中的關鍵設備。變頻絞車電控系統在無級調速和提高能耗方面發揮重要的作用。因此應該重視變頻絞車在礦井系統中的應用，采用變頻絞車增加礦井生產的安全性。

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