變頻調(diào)速技術(shù)在副斜井提升機(jī)上的應(yīng)用

張魯　孔祥生　吳印虎

摘要：變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在副斜井提升機(jī)中能有效保證提升機(jī)可靠、準(zhǔn)確、安全運(yùn)行，確保煤礦的安全生產(chǎn)。文章從變頻調(diào)速技術(shù)的原理談起，介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，重點(diǎn)論述了變頻調(diào)速技術(shù)在副斜井提升機(jī)的應(yīng)用，為煤礦提升系統(tǒng)改造發(fā)展提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：煤礦；變頻調(diào)速技術(shù)；副斜井；提升機(jī)；提升系統(tǒng)改造 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD55 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0161-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.081

斜井提升機(jī)隔爆兼本安四象限變頻調(diào)速控制裝置，主要是利用裝設(shè)在隔爆箱體內(nèi)的四象限交-直-交變頻器對(duì)提升電機(jī)進(jìn)行正、反向控制，實(shí)現(xiàn)提升電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)。調(diào)速范圍廣、精度高，高效節(jié)能，安全可靠。

1 變頻調(diào)速技術(shù)的原理

完善副斜井提升絞車電控系統(tǒng)技術(shù)，以變頻調(diào)速改變固有的轉(zhuǎn)子回路電阻調(diào)速。防爆絞車四象限變頻調(diào)速設(shè)備是其變頻調(diào)速的設(shè)備，借助先進(jìn)的交-直-交無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)理想的絞車調(diào)速精度和調(diào)速性能，并且便于維護(hù)、穩(wěn)定、安全，應(yīng)用年限長(zhǎng)。對(duì)以往出現(xiàn)較多故障率的凸輪控制器進(jìn)行換向，以可逆開關(guān)換向取代，從而使故障的出現(xiàn)減少。對(duì)動(dòng)力制動(dòng)進(jìn)行代替，在提升絞車下放重物的情況下，變頻器可以自動(dòng)地為供電電網(wǎng)發(fā)電，這能夠確保電動(dòng)機(jī)的發(fā)電反饋制動(dòng)狀態(tài)，改善了下放操作過(guò)程中的制動(dòng)調(diào)速性能，從而使下放的安全性大大提高，并且節(jié)省了大量的電能。在進(jìn)行改進(jìn)之后，安全保護(hù)裝置日益健全，設(shè)計(jì)也樣式繁多，以計(jì)算機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及借助無(wú)觸點(diǎn)控制的保護(hù)更加穩(wěn)定和安全。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展

2.1 應(yīng)用電力電子器件

決定變頻器性能的根本在于電力電子器件，晶閘管是早期應(yīng)用的，因?yàn)槠鋵儆诎肟仄骷?，要求換相回路，之后被全控器件代替。當(dāng)今的全控型器件不但能夠自行開關(guān)，而且還能夠使功率提高，且可以使變頻器的一系列功能健全。

2.2 應(yīng)用線路結(jié)構(gòu)

應(yīng)用線路結(jié)構(gòu)是由線路與元器件連接而成的變頻設(shè)備，在20世紀(jì)90年代之前，大多是由模擬電路分立元器件組合而成的線路，僅僅具備很少的集成塊與數(shù)字電路。之后逐步增加了規(guī)模較大的集成數(shù)字電路，在20世紀(jì)末期的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)了全面的數(shù)字化。矢量控制、SPWM波形形成、逆變器、整流器等都實(shí)現(xiàn)了集成，為此，設(shè)備的體積日益變小，而大大地提升了其穩(wěn)定性。

2.3 應(yīng)用計(jì)算機(jī)

在20世紀(jì)90年代之后，變頻器行業(yè)與結(jié)構(gòu)當(dāng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)具備一系列的功能：（1）對(duì)一些模塊的功能進(jìn)行代替，如生成SPWM波形，實(shí)時(shí)地計(jì)算矢量控制；（2）實(shí)施運(yùn)行控制，如制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、加減速、開機(jī)停機(jī)等；（3）智能化以及一系列保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，如自動(dòng)診斷與監(jiān)控?？傊?，電氣裝置和模塊跟計(jì)算機(jī)相配合，實(shí)施通信、控制、協(xié)調(diào)等變頻調(diào)速的一系列功能，變成了系統(tǒng)的中樞，且日益發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)化。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在副斜井提升機(jī)上的應(yīng)用

3.1 選用提升機(jī)變頻器容量

在選定電動(dòng)機(jī)額定值之后，需要對(duì)一定的變頻器容量進(jìn)行選擇。為了有效地體現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，使起重裝置的安全性提升，借助專門的提升機(jī)變頻器實(shí)施控制。變頻器讓電機(jī)系統(tǒng)有著超大的過(guò)載能力，因?yàn)槠毡樽冾l器的過(guò)載能力一般，瞬態(tài)過(guò)載力矩也一般，為此，需要使適配的變頻容量提升，進(jìn)而使電機(jī)與變頻器的瞬時(shí)力矩與低速力矩提升。為此，只要提高變頻器的容量，也就是提高變頻器電機(jī)的瞬時(shí)過(guò)載能力，根據(jù)設(shè)定的電機(jī)容量，過(guò)載保護(hù)就可以實(shí)現(xiàn)需要。為此，需要提高變頻器的容量等級(jí)。

3.2 提升機(jī)的變頻調(diào)速

在提升機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)中，變頻器重點(diǎn)實(shí)施行程變頻調(diào)速運(yùn)行、恒減速變調(diào)速停車以及恒加速變頻調(diào)速啟動(dòng)。通過(guò)使電機(jī)輸入電源的頻率得以改變的變頻調(diào)速對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，為此，具備非常寬的調(diào)速范圍，通常的主頻器都能夠?qū)崿F(xiàn)0～400Hz的頻率調(diào)節(jié)，通常是0.01Hz的頻率調(diào)節(jié)精度，能夠有效地實(shí)現(xiàn)提升機(jī)恒減速與恒加速等無(wú)極調(diào)速的需要。為此，借助變頻調(diào)速器之后，電機(jī)能夠進(jìn)行真正的平滑調(diào)速與軟啟動(dòng)。跟轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速不同，變頻器調(diào)速使轉(zhuǎn)差率降低，且使電路功率因數(shù)提高，能夠恒轉(zhuǎn)矩輸出，在轉(zhuǎn)速的改變下，輸出功率也會(huì)發(fā)生改變，因此，其具備理想的節(jié)電效果。另外，變頻器還能夠借助軟件改變上下限頻率、目標(biāo)頻率、加減時(shí)間、輸出轉(zhuǎn)矩等，變頻器也有著非常大的兼容性，且結(jié)合應(yīng)用的需要設(shè)置參數(shù)和組合功能。變頻器也能夠借助端子排進(jìn)行控制，進(jìn)而多段速度地控制行程，能夠靈活地調(diào)節(jié)變頻器恒減速與恒加速調(diào)速的過(guò)程，如此調(diào)速有利于避免提升機(jī)的脫軌、過(guò)放、過(guò)卷。

3.3 提升機(jī)的操作控制

操作控制重點(diǎn)實(shí)施緊急抱閘制動(dòng)、下降啟動(dòng)、提升啟動(dòng)等的控制，“緊急制動(dòng)”的重點(diǎn)是對(duì)出現(xiàn)不正常情況下的抱閘制動(dòng)與變頻器停止等進(jìn)行控制，“下降啟動(dòng)”操作控制變頻器的反轉(zhuǎn)運(yùn)行，通過(guò)行程控制器下降的形成控制實(shí)現(xiàn)下降過(guò)程。“提升啟動(dòng)”操作控制變頻器的正轉(zhuǎn)，通過(guò)行程控制器的提升行程控制實(shí)現(xiàn)提升

過(guò)程。

3.4 提升機(jī)的制動(dòng)控制

安全地應(yīng)用提升機(jī)，務(wù)必具備理想的制動(dòng)控制與制動(dòng)系統(tǒng)，通常實(shí)施抱閘制動(dòng)與能耗制動(dòng)相統(tǒng)一。能耗制動(dòng)重點(diǎn)通過(guò)提升機(jī)的慣性在下降與減速的時(shí)候形成的再生能量實(shí)施制動(dòng)，變頻器借助能耗單元進(jìn)行能耗制動(dòng)，這種形式是軟制動(dòng)的，可以有效地避免快速下滑與機(jī)械沖擊。為了避免滑車事故的出現(xiàn)，通過(guò)抱閘來(lái)抱死制動(dòng)提升機(jī)，這種方式通常應(yīng)用于停車的情況下。在運(yùn)行到停車位的情況下，行程控制將對(duì)變頻器發(fā)出停車信號(hào)，并且向抱閘制動(dòng)器發(fā)出抱閘控制信號(hào)，進(jìn)行抱閘制動(dòng)，在出現(xiàn)脫軌事故的情況下，實(shí)施緊急抱閘制動(dòng)的操作

控制。

3.5 提升機(jī)的行程控制

提升機(jī)的行程控制劃分為兩個(gè)過(guò)程的行程控制：一個(gè)是反向下降過(guò)程；一個(gè)是正向提升過(guò)程。行程控制的重點(diǎn)是劃分提升機(jī)的升降為異樣的行程區(qū)間，結(jié)合每個(gè)行程區(qū)間的現(xiàn)狀，能夠借助異樣的變頻調(diào)速對(duì)提升機(jī)的升降速度進(jìn)行控制，行程控制不但對(duì)提升機(jī)升降過(guò)程的變頻調(diào)速實(shí)施控制，而且還對(duì)提升機(jī)的制動(dòng)與停車過(guò)程進(jìn)行控制，行程控制可以有效地避免提升機(jī)的翻車等事故的出現(xiàn)，尤其適用在具備叉道與彎道的斜井。行程控制是結(jié)合提升機(jī)的升降地點(diǎn)進(jìn)行控制，行程控制轉(zhuǎn)化行程地點(diǎn)為開關(guān)信號(hào)，借助變頻器控制端子實(shí)施多段速的變頻控制、制動(dòng)控制以及停車控制。

3.6 調(diào)速控制的技術(shù)

能夠?qū)鹘y(tǒng)意義上的速度控制策略應(yīng)用于變頻調(diào)速控制的提升機(jī)械，依舊能夠應(yīng)用凸輪控制器，檔位的不同給出了多級(jí)速度指令、下降方向指令、上升方向指令等，向變頻器控制端輸入來(lái)進(jìn)行調(diào)速和控制方向。當(dāng)今業(yè)已推出了提升變頻專用控制器，從而能夠使設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化，降低故障發(fā)生率。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，副斜井提升機(jī)應(yīng)用智能變頻調(diào)速技術(shù)，調(diào)速范圍廣、精度高、操作方便、高效節(jié)能，是目前煤礦井下斜井提升機(jī)理想的控制系統(tǒng)。變頻器控制后，檢修十分方便快捷，系統(tǒng)保護(hù)齊全，能保證在各種工況安全下可靠運(yùn)行，滿足了準(zhǔn)采高支架運(yùn)輸?shù)男枰瑸榈V井井下提升系統(tǒng)改造提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 礦井提升機(jī)故障處理及技術(shù)改造編委會(huì).礦井提升機(jī)故障處理及技術(shù)改造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2] 張忠旭.機(jī)械設(shè)備安裝工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

作者簡(jiǎn)介：張魯（1983-），男，山東曲阜人，山東裕隆礦業(yè)集團(tuán)有限公司唐陽(yáng)煤礦機(jī)電科技術(shù)員，助理工程師，研究方向：煤礦機(jī)電。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint