煤礦絞車電氣控制變頻技術(shù)及運(yùn)用實(shí)踐研究與討論

王守恒

（凱盛重工有限公司，安徽 淮南 232052）

煤礦絞車電氣控制變頻技術(shù)及運(yùn)用實(shí)踐研究與討論

王守恒

（凱盛重工有限公司，安徽 淮南 232052）

文章首先簡(jiǎn)要介紹了變頻技術(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)變頻技術(shù)在煤礦絞車電氣控制系統(tǒng)中的運(yùn)用實(shí)踐進(jìn)行論述，期望能夠?qū)g車安全性的提升以及能耗的降低有所幫助。

煤礦；絞車；電氣控制；變頻技術(shù)

1 變頻技術(shù)簡(jiǎn)介

所謂的變頻技術(shù)是一種能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)變成不同頻率的交流電的技術(shù)，在轉(zhuǎn)換的過程中，電能本身并不會(huì)出現(xiàn)任何變化，只有頻率會(huì)發(fā)生改變。變頻技術(shù)作為一種應(yīng)用型技術(shù)，其主要有以下幾種類型：第一種是交流電-直流電變頻，這種類型的變頻技術(shù)也被稱之為整流技術(shù)；第二種是直流電-直流電變頻，即斬波技術(shù)；第三種是直流電-交流電變頻，電子振蕩和電力逆變均屬于該類型的范疇；第四種是交流電-交流電變頻，也就是我們常說的移相技術(shù)。變頻器簡(jiǎn)稱VFD，它是一種以變頻技術(shù)為核心的電力控制設(shè)備，該設(shè)備能夠通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源的頻率對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，三相交流異步與同步電動(dòng)機(jī)是變頻器的主要控制對(duì)象。變頻器的出現(xiàn)及其在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，使電氣傳動(dòng)發(fā)生了一場(chǎng)技術(shù)革命，由此使得交流調(diào)速正式取代了直流調(diào)速。下面本文重點(diǎn)對(duì)該技術(shù)在煤礦絞車電氣控制系統(tǒng)中的運(yùn)用進(jìn)行論述。

2 變頻技術(shù)在煤礦絞車電氣控制系統(tǒng)中的運(yùn)用實(shí)踐

2.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠通過改變電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率來改變其轉(zhuǎn)速，由此便可實(shí)現(xiàn)煤礦絞車調(diào)速的目的。本文采用的是交-直-交變頻系統(tǒng)，大體上可將該系統(tǒng)的運(yùn)行分為以下兩個(gè)過程：①正常逆變。該過程是由整流、濾波和逆變?nèi)齻€(gè)部分組成，逆變是核心，它能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)定子的供電頻率進(jìn)行改變，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的，這樣便能夠起到調(diào)速的作用；②能量回饋逆變。該過程則是由整流、回饋逆變與輸出濾波三個(gè)部分組成，整流由IGBT來完成，電解電容則是為回饋逆變提供電壓源，以此來確保其運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。輸出濾波的加入能夠減少逆變輸出過程中調(diào)制波對(duì)電網(wǎng)的污染，由此可以使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性獲得大幅度提升。為了確保變頻調(diào)速系統(tǒng)中核心部件變頻器的安全性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，加入了剎車機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠吸收一部分能量，這樣一來母線電壓便會(huì)隨之降低，變頻器的運(yùn)行安全也就得到了有效保障。

2.2 系統(tǒng)的控制原理

在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定位坐標(biāo)已知的前提條件下，電動(dòng)機(jī)的電子電流可以分解成以下兩個(gè)部分，一部分是勵(lì)磁電流，另一部分是轉(zhuǎn)矩電流，通常在保持前者不變的情況下，對(duì)后者進(jìn)行控制，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。由實(shí)際運(yùn)行可以得知實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速之間的差值，利用PID調(diào)節(jié)便可生成轉(zhuǎn)矩電流，再經(jīng)由矢量控制后，可將轉(zhuǎn)矩電流變換為電動(dòng)機(jī)三相給定電流，這三相電流與電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流比較之后，可以生成三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，借助該信號(hào)便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。

2.3 絞車電氣控制系統(tǒng)改造方法

絞車原本的電氣控制系統(tǒng)為工頻調(diào)速系統(tǒng)，可以用變頻調(diào)速系統(tǒng)替代原本的系統(tǒng)，并將原本的系統(tǒng)保留下來，這樣可以使兩套系統(tǒng)互為備用，由此能夠提升系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在改造的過程中，應(yīng)增加工頻、變頻轉(zhuǎn)換功能，并在啟動(dòng)控制系統(tǒng)前，將主回路與控制回路分別轉(zhuǎn)換至變頻位置。圖1為系統(tǒng)連接示意圖。

圖1 變頻與工頻調(diào)速系統(tǒng)連接示意圖

經(jīng)過改造之后，絞車可以采用兩種方式進(jìn)行控制，一種是自動(dòng)控制，另一種是手動(dòng)控制，前者是借助PLC的控制能力來實(shí)現(xiàn)的，由此使得絞車的運(yùn)行效率獲得了大幅度提升。絞車運(yùn)行時(shí)，只有啟停需要人為操作，其余操作，如加減速等全都可以自動(dòng)完成。后者是由操作者來完成的，主要是為了應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，這樣能夠保證絞車的運(yùn)行安全。

2.4 應(yīng)用實(shí)例

某煤礦井下提升絞車的控制系統(tǒng)比較老舊，運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種故障問題，并且能耗也比較高，這不但在一定程度上影響了煤礦的生產(chǎn)效率，而且還增大了生產(chǎn)成本。為有效解決這一問題，經(jīng)過研究之后，決定對(duì)該絞車的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，在原有工頻控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，下面對(duì)改造之后的節(jié)能效果進(jìn)行估算。

（1）絞車提升過程中的節(jié)能估算。在原有工頻控制系統(tǒng)下，絞車提升消耗的能量經(jīng)過計(jì)算為10982kJ，改為變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，絞車提升過程中消耗的能量為9182kJ，平均節(jié)電約為16.4%。

（2）絞車下放過程中的節(jié)能估算。在原有工頻系統(tǒng)下，假定絞車以三檔進(jìn)行下放，其速度為每秒1.5m，由于下放時(shí)會(huì)有部分能量回饋給電網(wǎng)，加之摩擦與電動(dòng)機(jī)本身的功率消耗，很難估算出實(shí)際消耗的能量。采用變頻系統(tǒng)后，絞車下放時(shí)，會(huì)有80%左右的重力勢(shì)能回饋給電網(wǎng)，假定工頻消防時(shí)所消耗的能量為1，則可節(jié)能80%左右。改造后，絞車提升與下放的綜合節(jié)電率能夠達(dá)到35%左右。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤礦絞車應(yīng)用變頻技術(shù)后，不但可以使絞車的運(yùn)行可靠性獲得大幅度提升，而且還能降低故障發(fā)生幾率，從而減少維護(hù)工作量。更為重要的是，絞車的運(yùn)行能耗顯著降低，給煤礦企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由此可見，該技術(shù)在煤礦絞車電氣控制中具有良好的應(yīng)用前景。

［1］張玉峰，于德陽(yáng).煤礦絞車電控系統(tǒng)的PLC變頻改造設(shè)計(jì)［J］.煤礦機(jī)械，2009，（7）：135-138.

［2］馬美華.煤礦提升絞車變頻調(diào)速改造與效果分析［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013，（2）：54-56.

［3］夏希武.淺談防爆變頻絞車控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.同煤科技，2013，（12）：141-143.

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