煤礦絞車電氣控制變頻技術及運用實踐研究與討論

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及運用實踐研究與討論

王守恒

（凱盛重工有限公司，安徽 淮南 232052）

文章首先簡要介紹了變頻技術，在此基礎上對變頻技術在煤礦絞車電氣控制系統(tǒng)中的運用實踐進行論述，期望能夠對絞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

1 變頻技術簡介

所謂的變頻技術是一種能夠將直流電轉變成不同頻率的交流電的技術，在轉換的過程中，電能本身并不會出現(xiàn)任何變化，只有頻率會發(fā)生改變。變頻技術作為一種應用型技術，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也被稱之為整流技術；第二種是直流電-直流電變頻，即斬波技術；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。變頻器簡稱VFD，它是一種以變頻技術為核心的電力控制設備，該設備能夠通過改變電動機工作電源的頻率對交流電動機進行控制，三相交流異步與同步電動機是變頻器的主要控制對象。變頻器的出現(xiàn)及其在工業(yè)控制領域中的應用，使電氣傳動發(fā)生了一場技術革命，由此使得交流調速正式取代了直流調速。下面本文重點對該技術在煤礦絞車電氣控制系統(tǒng)中的運用進行論述。

2 變頻技術在煤礦絞車電氣控制系統(tǒng)中的運用實踐

2.1 變頻調速系統(tǒng)

變頻調速系統(tǒng)能夠通過改變電動機定子的供電頻率來改變其轉速，由此便可實現(xiàn)煤礦絞車調速的目的。本文采用的是交-直-交變頻系統(tǒng)，大體上可將該系統(tǒng)的運行分為以下兩個過程：①正常逆變。該過程是由整流、濾波和逆變三個部分組成，逆變是核心，它能夠對電動機定子的供電頻率進行改變，從而達到改變輸出電壓的目的，這樣便能夠起到調速的作用；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制波對電網的污染，由此可以使整個系統(tǒng)的運行可靠性獲得大幅度提升。為了確保變頻調速系統(tǒng)中核心部件變頻器的安全性，在系統(tǒng)設計時，加入了剎車機構，該機構能夠吸收一部分能量，這樣一來母線電壓便會隨之降低，變頻器的運行安全也就得到了有效保障。

2.2 系統(tǒng)的控制原理

在轉子磁場定位坐標已知的前提條件下，電動機的電子電流可以分解成以下兩個部分，一部分是勵磁電流，另一部分是轉矩電流，通常在保持前者不變的情況下，對后者進行控制，便可以實現(xiàn)對電動機轉矩的控制。由實際運行可以得知實際轉速與給定轉速之間的差值，利用PID調節(jié)便可生成轉矩電流，再經由矢量控制后，可將轉矩電流變換為電動機三相給定電流，這三相電流與電動機實際運行電流比較之后，可以生成三相驅動信號，借助該信號便可實現(xiàn)對電動機的變頻調速控制。

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)為工頻調速系統(tǒng)，可以用變頻調速系統(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)的運行可靠性。為實現(xiàn)這一目標，在改造的過程中，應增加工頻、變頻轉換功能，并在啟動控制系統(tǒng)前，將主回路與控制回路分別轉換至變頻位置。圖1為系統(tǒng)連接示意圖。

圖1 變頻與工頻調速系統(tǒng)連接示意圖

經過改造之后，絞車可以采用兩種方式進行控制，一種是自動控制，另一種是手動控制，前者是借助PLC的控制能力來實現(xiàn)的，由此使得絞車的運行效率獲得了大幅度提升。絞車運行時，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完成。后者是由操作者來完成的，主要是為了應對各種突發(fā)情況，這樣能夠保證絞車的運行安全。

2.4 應用實例

某煤礦井下提升絞車的控制系統(tǒng)比較老舊，運行過程中經常會出現(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效率，而且還增大了生產成本。為有效解決這一問題，經過研究之后，決定對該絞車的控制系統(tǒng)進行升級改造，在原有工頻控制系統(tǒng)的基礎上增加變頻調速控制系統(tǒng)，下面對改造之后的節(jié)能效果進行估算。

（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過計算為10982kJ，改為變頻調速控制系統(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，假定絞車以三檔進行下放，其速度為每秒1.5m，由于下放時會有部分能量回饋給電網，加之摩擦與電動機本身的功率消耗，很難估算出實際消耗的能量。采用變頻系統(tǒng)后，絞車下放時，會有80%左右的重力勢能回饋給電網，假定工頻消防時所消耗的能量為1，則可節(jié)能80%左右。改造后，絞車提升與下放的綜合節(jié)電率能夠達到35%左右。

3 結束語

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

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TM571.2

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1671-3818（2016）10-0049-01