變頻器在礦用運輸絞車電控系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

河南煤業(yè)化工集團(tuán) 永煤公司 車集煤礦 魏大慶

運輸絞車是煤炭輔助運輸中的關(guān)鍵設(shè)備之一，目前，我國還在運行的絞車電控系統(tǒng)有很大一部分是異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻交流調(diào)速系統(tǒng)。這種電控系統(tǒng)能耗大，工作效率低，可靠性差，在很大程度上嚴(yán)重制約了輔助運輸?shù)墓ぷ餍省２捎米冾l器對絞車電控系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計改造，同時運用PLC 作為控制器，可以很好地解決上述問題。本文，筆者主要介紹了一種利用變頻器對現(xiàn)有運輸絞車電控系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案，主要調(diào)速電控系統(tǒng)的控制回路與主回路控制器選用PLC 控制方式。采用這一方案，可以在很大的程度上降低能耗，提高工作效率。

一、硬件設(shè)計

1.變頻控制模塊與主回路設(shè)計。運輸絞車變頻控制系統(tǒng)包括主操作臺、PLC 控制模塊和變頻控制模塊等系統(tǒng)。系統(tǒng)主電路為變頻控制回路，其主要元件有各種狀態(tài)指示燈、傳感器、電磁閥、中間繼電器、PLC、變頻器等。變頻控制系統(tǒng)具有一定的保護(hù)功能，可以對溫度、電壓、過載和短路等進(jìn)行異常保護(hù)。系統(tǒng)整體安裝在變頻控制柜中，柜內(nèi)設(shè)有電路總開關(guān)，電源由外部用戶電網(wǎng)接入。

變頻器容量的計算要結(jié)合電控系統(tǒng)的實際情況進(jìn)行。本文，筆者以雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)公司新安煤礦副井絞車為例，它主要采用交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)，絞車為中信重型機(jī)械公司制造的JK-2.5×2/30型單繩繞礦井提升機(jī)；卷筒的直徑為2.5 m，寬度為2 m；減速機(jī)為XL-30，輸入轉(zhuǎn)速為980 r/min，速比為30；其長度為1 200 m，坡度為16°。電機(jī)的功率為355 kW，電壓為660 V，電流為419 A。

為了降低改造成本，沿用了該礦原有的繞線電機(jī)。由于該類型的電機(jī)較為陳舊，負(fù)載較為恒定，因此，確定變頻器容量的選取系數(shù)為1.2，變頻器容量的最小值為355×1.2＝426 kW。

（1）模塊設(shè)計。變頻控制模塊主要包括三相雙擲開關(guān)、變頻器以及具有保護(hù)變頻器作用的斷路器3 部分組成。該運輸絞車電機(jī)可以四象限運行（可以反轉(zhuǎn)加速、發(fā)轉(zhuǎn)減速、正轉(zhuǎn)加速和正傳減速）的特點，因此應(yīng)該設(shè)計有較大的啟動、加速與制動力矩。由于電機(jī)制動比較頻繁，為了降低能量消耗，變頻器還設(shè)置了能量回饋單元。參照電機(jī)的參數(shù)，最終確定選用三菱FR-A540L-90K 型變頻器，其標(biāo)稱容量為90 kW。

（2）變頻器主回路設(shè)計。絞車電機(jī)在制動時會產(chǎn)生再生能量，為了使能量可以回饋電網(wǎng)，達(dá)到很好的節(jié)能目的，變頻器采用了主回路雙向逆變方案。

（3）PLC控制模塊設(shè)計。應(yīng)以輸入信號、輸出信號等為依據(jù)，選用合適的PLC 型號。輸入、輸出接點的分配，要參照具體的說明和要求進(jìn)行設(shè)計。絞車在提升啟動的過程中，在加速、減速、爬行段設(shè)計為變頻調(diào)速運行；在絞車啟動加速達(dá)到額定速度時，PLC 控制使系統(tǒng)自動切換到工頻運行。考慮到了絞車車道的具體狀況，切換到工頻就可以在很大程度上減輕對變頻器的使用強(qiáng)度，延長變頻器的使用壽命，減少不必要的損耗。

（4）用戶操作臺設(shè)計。在用戶操作臺安裝正反轉(zhuǎn)指示裝置、深度指示裝置、系統(tǒng)故障指示裝置和電機(jī)速度指示裝置等裝置，便于司機(jī)隨時了解絞車的運行狀況，同時也方便了對絞車的操作和控制。為了不改變司機(jī)的操作習(xí)慣，仍采用手柄進(jìn)行操作。

2.軟件設(shè)計。在系統(tǒng)上電后，首先應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后對系統(tǒng)進(jìn)行自檢，自檢通過之后可以對開機(jī)信號進(jìn)行檢測，在接收到啟動信號后，可以對運行方向進(jìn)行判斷。如果在運行過程中出現(xiàn)異常工作狀況，就可以隨機(jī)啟動系統(tǒng)保護(hù)，并對異常進(jìn)行報警。

二、電控系統(tǒng)保護(hù)的實現(xiàn)

變頻器具有多種保護(hù)功能，可以在以下情況下對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

1.輸入的電源電壓較低。

2.輸入的電壓過高，甚至超過了額定值的125%，并且持續(xù)使用時間超過了30 s。

3.減速的時間較短，同時負(fù)載慣性過高，持續(xù)使用超過了30 s。

4.電源電壓的變動過高，電機(jī)產(chǎn)生了回升電壓，從而使得母線的電壓上升。

5.減速的時間過短，負(fù)載過高，致使直流母線電壓過高。

6.設(shè)置的加速時間過短，設(shè)定的轉(zhuǎn)矩提升值過大，直流定位制動電流過高，時間過長致使輸出電流過高。

7.功率模塊的驅(qū)動回路電壓超過了額定值。

8.在周圍強(qiáng)磁場的干擾下，影響了變頻器保護(hù)回路。

9.V/F 設(shè)置和負(fù)載不匹配。

10.變頻器加速執(zhí)行，負(fù)載過重，電機(jī)電流激增，變頻器輸出電流生速過高，致使其停止加速。

11.執(zhí)行減速時，受到負(fù)載慣性影響，電機(jī)產(chǎn)生回升能量，直流側(cè)電壓快速升高，從而使得變頻器停止減速。

12.外部故障端出現(xiàn)輸入保護(hù)。

在上述條件下，變頻器都會對電控系統(tǒng)實行很好的保護(hù)，設(shè)計者要針對上述情況，盡量將設(shè)備完善，為絞車的安全運行提供有利條件。

三、結(jié)論

本文，筆者主要闡述了變頻器在礦用運輸絞車電控系統(tǒng)的改造過程中應(yīng)該注意的問題。變頻器在該電控系統(tǒng)中的應(yīng)用可以提高絞車電控的可靠性，保證絞車的安全、平穩(wěn)運行，有效延長了機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用壽命，在很大程度上提高了整個車體的安全性和性價比，生產(chǎn)效率也得到了明顯提高，具有一定的推廣價值。