礦用提升機制動電阻與變頻控制柜 一、概述
礦井提升機廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井的提升系統(tǒng)用作提升礦物和物料及設(shè)備等，是礦井系統(tǒng)設(shè)備的咽喉，在整個生產(chǎn)過程中，占有非常重要的地位，礦用生產(chǎn)是24小時連續(xù)作業(yè)，即使短時間的停機維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。因此，設(shè)備的安全可靠運行就顯的特別重要。目前的電控系統(tǒng)存在著很多的不足，礦用提升機的技術(shù)改造要求迫在眉睫。
變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負(fù)載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。
采用變頻器對異步電動機進行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟效益顯著，所以得到廣泛應(yīng)用。因此，應(yīng)用礦用提升機專用變頻器，對提升機原有控制系統(tǒng)進行改造，將成為歷史的必然趨勢。
二、傳統(tǒng)提升機電控系統(tǒng)
1、礦用提升機電力拖動系統(tǒng)
目前全國各類礦山的提升機（絞車）多采用交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串制動電阻調(diào)速方案，用交流接觸器進行速度段切換，這種調(diào)速方式在低同步狀態(tài)沒有制動力矩，而提升工藝要求拖動系統(tǒng)在低速爬行段能夠工作在制動狀態(tài)（下放重物）或電動狀態(tài)（提升重物）。
2、傳統(tǒng)提升機電控系統(tǒng)存在的不足
擋位調(diào)節(jié)，調(diào)速不連續(xù)，運行中機械振動大，礦車沖擊大，制動不安全；啟動及換擋時沖擊電流大，啟動電流一般是額定電流的1.7倍，有時會更大，如果加速快，甚至?xí)鹂傞_關(guān)跳閘；調(diào)速時大量的電能消耗在制動電阻上，浪費嚴(yán)重，造成工作環(huán)境惡劣，空間噪聲大；維修量大，不方便。由于操作時交流接觸器頻繁動作，易造成觸點及線圈的燒壞，轉(zhuǎn)子更換碳刷頻繁；耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時工作，生產(chǎn)量大，任務(wù)繁重，由于電控系統(tǒng)設(shè)計落后，制造工藝落后，即使是短時間的維修，也會給生產(chǎn)帶來損失。
三、配有礦用提升機專用變頻器的提升機電控系統(tǒng)
變頻系統(tǒng)甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低了很多。調(diào)速連續(xù)方便，分段預(yù)置，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。實現(xiàn)了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小。
啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑地升至最高速，也沒有大電流出現(xiàn)，大大地減小了對電網(wǎng)的沖擊。增加了直流制動功能，使重車停車時更加平穩(wěn)，有效避免了“溜溝”現(xiàn)象。
采用能耗制動電阻、回饋制動單元或超級電容吸收技術(shù)，成功解決了位能負(fù)載在快速、減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題，保證了變頻器的安全運行。轉(zhuǎn)矩補償達(dá)到規(guī)范要求，重車啟動正常。節(jié)能效果顯著。據(jù)實測，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)到30%左右。而且礦井越淺，低速段運行時間越長，節(jié)能效果越明顯。采用變頻控制后，原繞線式電機可改為普通電機，這不但降低了成本，普通電機比繞線式電機可節(jié)約投資1/3，而且電機維護方面，避免了轉(zhuǎn)子炭刷的燒損及維護。
四.礦井提升機專用變頻器的特點
礦用電網(wǎng)波動較大，變頻器在（380V-10KV）±20% 能正常工作。運行平穩(wěn)，加減速平滑，運行速度曲線加速段、減速段為S型，在加減速過程中可做到加速度連續(xù)，無撞擊感。
對回饋能量的處理方法：回饋制動單元，帶有能量回饋單元。將制動時產(chǎn)生的再生能量回饋到電網(wǎng)。變頻器在整個工作過程中提供所需要的力矩特性：啟動力矩大于2倍額定轉(zhuǎn)矩，尤其是當(dāng)?shù)V車停在井筒中間時，啟動轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在6HZ時大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。
有足夠的加速力矩，適應(yīng)重車提升時的加速過程。運行過程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現(xiàn)鋼絲繩絞繩，會引起電機力矩的 跳變，變頻器能承受這種跳變。運行過程中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，這時會有較大的能量饋送給變頻器。停車狀態(tài)下，能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，防止重車下滑。
五.變頻器技術(shù)指標(biāo)
變頻器容量：90KW-400KW/380V；頻率范圍：2-50HZ分段予置，連續(xù)調(diào)節(jié)；工作電壓范圍：380V±20%；過載能力：160%額定電流，允許1分鐘；220%額定電流，允許1.5秒。轉(zhuǎn)矩特性：啟動轉(zhuǎn)矩，大于2倍額定轉(zhuǎn)矩；低頻轉(zhuǎn)矩，6HZ時大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩；制動轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩。
兩種制動方式：直流制動；回饋制動，帶有能量回饋單元，將制動時產(chǎn)生的再生能量回饋給電網(wǎng)。除一般變頻器所具有的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等多種保護功能外，具有開機連鎖保護、自動限速保護功能等。在各種不利情況下，能夠避免事故、確保安全。遠(yuǎn)距離操作及顯示，能顯示多種設(shè)置參數(shù)及運行參數(shù)。
六、幾種特殊功能的實現(xiàn)
1、對再生能量的處理：變頻器的主回路采用雙向逆變方案。原理示意圖如圖示。
2、直流制動的作用：提升機配用變頻器，直流制動電阻功能對系統(tǒng)的安全運行起重要作用。當(dāng)重車在井筒中間停車時，變頻器由高速平滑地降到低速，隨之施加一直流制動信號使絞車停止，當(dāng)機械制動起作用后方可去掉直流制動電阻信號，使重車靠機械抱閘的作用停在中間。
啟動時，先對電機施加一直流制動信號，當(dāng)檢測到機械抱閘打開時，方可去掉直流制動信號，加上啟動電壓，絞車轉(zhuǎn)動。機械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器檢測下，一旦機械抱閘打開，馬上給電機施加直流制動信號，確保重車不可能下滑，要絕對避免“溜勾”現(xiàn)象。
3、為了盡量減小運行過程中的機械沖擊，在變頻器啟動與停止過程中，最好做到加速度是連續(xù)的，即運行和速度曲線是平滑的，即通常所說的S形（在加速段、減速段速度曲線）加、減速曲線，見圖4。
當(dāng)井下及井口停車傾角很小時（約30），這時要求絞車運行速度很低，否則會出現(xiàn)“松繩”現(xiàn)象。另外根據(jù)井筒中軌道情況，要求變頻器能以不同的頻率工作。根據(jù)現(xiàn)場情況，變頻器可設(shè)置5個頻率段。例如設(shè)置6HZ、15HZ、25HZ、35HZ、50HZ 5個不同的速度。主令控制器的不同位置，對應(yīng)不同的直流控制電壓，也即對應(yīng)不同的運行頻率。
4、自動限速保護：當(dāng)運行接近終點時，給出一個減速信號，接到減速信號后，若主令控制器已經(jīng)操作減速，則變頻器按照主令控制器的操作改變運行速度。若收到減速信號后，主令控制器沒有正常操作，則自動啟動機內(nèi)的自動減速程序，將變頻器的工作頻率按預(yù)定要求逐步變?yōu)榈退龠\行。這對預(yù)防“過卷”是十分必要的。此外，絞車帶有測速發(fā)電機，當(dāng)測速發(fā)電機給出超速信號時，變頻器也能自動減速。
5、連鎖開機功能：絞車開機必須按照給出的命令操作，當(dāng)給出“上行”或“下行”命令時，若操作人員的操作與命令不符，連鎖功能對此操作不響應(yīng)，變頻器不啟動，連鎖功能是保證安全運行的重要措施。
七、變頻改造后的經(jīng)濟效益分析
1.變頻器在低速段運行時節(jié)能顯著，由于提升機在井口及井底時都處于低速運行，根據(jù)現(xiàn)場情況，一般設(shè)置升速點及減速點分別在70—100m左右，因此其低速運行段大約在140—200m，根據(jù)坡長的不同，其低速段約占30%左右，其綜合節(jié)電率約在20%左右。
2.采用變頻控制后，由于設(shè)置直流制動，在運行時油閘全敞開，減輕了原工頻控下的磨損，油閘只是作為一種輔助設(shè)施，在電機停穩(wěn)后或在急停時快速抱閘用，據(jù)測算，該項損耗大大減低，每年也可節(jié)省2—3萬元。
3.原工頻控制采用交流接觸器進行速度段切換，用制動電阻調(diào)速，而變頻控制則將其全部甩掉，不但節(jié)省了投資，也增加了可靠性，原用接觸器及制動電阻，每2—5個月即可更換一次，維修費用大，而且耽誤生產(chǎn)。
4.采用回饋制動，其再生能量能回收利用，這也節(jié)約了一部分電能。綜上所述，其綜合經(jīng)濟效益是十分明顯。 |
