张芳房
福建省永安煤业有限责任公司，福建永安 366105
提升绞车变频调速改造及效果分析
张芳房
福建省永安煤业有限责任公司，福建永安 366105
煤矿在用的提升绞车多数采用绕线电机转子回路串电阻调速，存在调速不匀，发热，能耗大，故障多等缺点。变频调速可以实现提升绞车的无级调速控制，具有自动控制，消除电阻器发热，降低能耗，故障少，维护方便等优点。本文叙述煤矿提升绞车变频调速的改造及应用效果。
煤矿；提升绞车；变频调速；改造；节能；效果
0 引言
煤矿提升绞车担负着斜井或立井的提升运输任务，是提升煤炭、矸石、材料及运送人员的关键设备。煤矿在用的提升中，多数是采用绕线式电机转子回路串电阻调速，是能耗较大的设备。变频调速的普遍应用，为煤矿提升绞车的调速改造，开辟了节能新途径。在较少的投资改造后，能够实现无级调速，降低能耗，故障少，维护方便等良好效果，具有广泛的应用前景。
1 提升绞车串电阻调速的缺点
1.1 有极调速，变速冲击大
提升绞车串电阻调速，在加速或减速过程，其速度呈阶梯式跃变，变速冲击大，对提升钢丝绳，提升容器及连接装置等都产生较大的冲击力，也容易造成提升容器脱轨掉道。在提升运送人员时，其调速不匀称，让乘坐人员感觉不舒服。变速冲击也给矿井提升安全带来隐患。
1.2 电阻器易发热，能耗大
提升绞车串电阻调速，在低速运行阶段，其能耗在转子回路的电阻器上消耗，电阻器易发热，造成了严重的能源浪费。当下放重物时，电机处于发电状态，由于没有能量处理环节，大量的电能消耗在转子电阻上，据测定，约有30%的能量消耗在电阻器上，造成浪费。同时也影响电阻器及电机的使用寿命。
1.3 启动电流大，力矩小
绕线式电机的启动电流达额定电流的2～3倍，给电网造成冲击，特别是较大功率的提升机更为明显。启动力矩小，带负荷能力差。在低速和爬行阶段。需要依靠制动闸配合进行速度控制，速度控制性能较差。
1.4 控制系统复杂，故障多
提升绞车采用串电阻调速，其电控系统复杂，电器元件多，因频繁的调速切换过程中，很容易使接触器、电阻器、电机电刷等电器元件出现故障、失灵或损坏。维修费用高，维护工作量大，影响矿井生产的机率高。
2 变频调速改造措施
提升机的电控系统采用PLC精确控制，用变频调速系统替代原串电阻调速系统。这里介绍保留原有的串电阻调速系统，改造时增加转换开关，以实现在变频调速或串电阻调速之间的灵活切换，达到两套系统互为备用。具体接法如下。
2.1 主回路
主回路增加3个三刀双向开关（QS1、QS2、QS3）作为切换装置，让三相电源、定子线圈、转子线圈分别接至相应开关位置，实现切换。如图1（a）、（b）所示。
当处于变频调速运行时，所有开关切换至变频位置，三相电源经双掷开关 QS1、自动空气开关QA接至变频器输入端子（R、S、T）（同时将零线接至变频器零线端子N），变频器输出端子（U、V、W）经双掷开关QS2接至电机定子线圈，绕线电机转子线圈经双掷开关QS3后处于短接状态。
图1 主回路工、变频切换原理图
当处于原串电阻调速运行时，所有开关切换至工频位置，三相电源经双掷开关QS1、QS2接至定子线圈，绕线电机转子线圈经QS3接至原调速电阻装置。
2.2 控制回路
变频调速器提供完善的接口电路和工业标准信号，内设PLC与计算机编程接口，采用最新WINDOWS版本编程软件进行编程，既可以与新装系统实现配套使用，也可以对老系统进行改造。接口电路实现了变频调速器与控制系统的连接，具有正、反转控制，速度调节，（可以采用档位调节方式，也可以采用模拟量输入方式），制动系统连锁，安全回路连锁，监视操作、自动运行、状态提示等功能。
2.3 运行控制方式
变频调速器依据提升机控制系统的不同，采用不同的接线方式及控制程序，可以实现灵活的操作运行方式。变频调速系统可以实现自动运行和手动运行两种方式。
2.3.1 自动运行方式
利用变频调速器内部的PLC 控制系统，设置闭环速度控制软件参数，可以实现从起步、加速、等速、减速、停车等全过程自动调速运行方式。提升机运行过程中，除开、停机外，可以不需要人工干预。同时在控制台显示不同的运行状态。
2.3.2 手动运行方式
在设置手动运行方式下，操作人员通过改变主令控制器输出量，来控制变频调速器，以实现电机的爬行、加速、减速、等速运行，实现无级调速。在系统给出减速信号后，变频调速器同样会启动机内部自动减速程序。有效防止人工误操作的发生，保障系统运行安全。
3 变频调速应用效果
1）新型变频调速器具有能量回馈功能，将提升绞车下放时的机械能转换成电能回馈到电网。同时消除了调速时电阻能耗所产生的发热。节电效果明显。改造前后通过电能计量统计，节电率可达 30%～35%；
2）调速范围广，实现无级调速。从起步、加速、等速到减速停车，全过程变速均匀，消除了阶梯变速的现象，使提升容器的起步，停车运行平稳，减少机械冲击，提高了安全系数；
3）启动电流小，起步平稳。电机在低频率下启动，电流小，对电网及机械没有冲击。加减速过程中电机控制平稳，速度不随负载的变化而有变化；
4）故障少，减少了维护工作量，降低维修成本。同时也没有了电阻的发热，改善了作业环境；
5）机械制动与安全回路配合可靠，当系统出现紧急情况或突然停电时，变频调速系统能够发出指令，自动实现机械制动，最大限度的保障了安全。机械制动时变频调速系统不会出现过载、过流等现象，可以实现重物的上升中途停车或平稳起步；
6）操作简便、易于掌握，设备振动小，噪声降低。
4 结论
选用能量回馈型变频调速器，对提升绞车进行了变频调速改造后，运行情况良好，控制系统安全可靠，稳定性好，操作简单方便，维护量少，节电效果明显。
[1]电力拖动与控制.中国矿业出版社.
[2]PLC编程入门教程.西门子公司.
[3]变频调速器产品说明书.
TH2
A
1674-6708（2011）50-0186-02
