变频调速装置在副井提升机的改造应用

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【摘要】通过对付立井提升机控制传统的绕线电机转子串电阻调速方式的改造，阐述了对以前的控制系统改造的必要性和可行性，有效地解决了使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统时，提升机减速和爬行阶段的速度控制、性能差、严重耗能等问题，为用户提高生产效率的同时，实现了双重节能效果，并有效利用能源。节能效果十分显著。

【关键词】变速调速装置；升级改造；提效节能

1.概述

四老沟矿南阳路路付立井提升机控制系统是传统的绕线电机转子串电阻调速方式，在加速过程中，转子回路电阻依次减小，以保证加速力矩的平均值不变。在减速和爬行阶段要求电动机低速运行，则需在转子回路串较大电阻。这种拖动方案存在的问题是：

1.1开环有级调速，加速度难以准确控制，调速精度差；

1.2触点控制，大量使用大容量开关，启动电流和换档电流冲击大，接触器频繁投切，电弧烧伤触点，影响接触器的使用寿命，设备维修成本较高。其系统可靠性差、控制精度低，而且硬件接线繁杂、故障率高。低速转矩小，转差率大，系统维护工作量大，可靠性差；

1.3运行效率低；转子回路串接电阻在低速时大部分功率都消耗在电阻上，消耗电能，造成能源浪费；

1.4电机的机械特性偏软，一般电阻上消耗的功率约为电动机输出功率的20%—30%；

1.5接触器经常吸合与断开，噪音比较大；

1.6提升机在低速爬行阶段和减速阶段速度控制性能差，减速过程转矩脉动大、罐笼平稳性较差、钢丝绳摆幅较大，减速过程完全由绞车司机手动控制，控制不当易造成过放和过卷事故。

2.变频调速装置的改造

2.1改造过程

冲变频调速电控系统共由一台可控硅转子调速柜、一台电阻柜和一台低频电源柜组成。

可控硅转子调速柜采用淮南六信电控设备有限公司设计生产的用于交流提升机电控系统改造的新产品，该调速柜具有结构紧凑、维护方便、可靠性高等特点，减少了设备的占地面积。所有硬件采用模块化设计，大大提高了维护的效率。无机械噪声和磨损，避免了机械传动部分的维修，同时固定触发，周期性好。

本装置为8级起动电阻切换方式运行，当提升机等速运行至减速点时，由司机根据运行速度按需要切换转子电阻，直至爬行运行，或根据系统设置，在运行到减速点时，由限速开关给出减速信号，PLC检测到减速信号后发送给控制器，由控制器启动自动减速程序，使工作频率按设定要求逐步变为低速运行。当测速发电机给出超速信号，PLC检测该信号发送给控制器，进入自动减速运行，当井口或深度指示器传感器监测到罐笼到停车位后，信号反馈至PLC，实现自动停车。减速阶段再生能量通过功率单元来处理。电机处于发电状态，功率单元母线电压升高，当母线电压超过电网电压的1.1倍时，CPU根据比较器和相位检测的结果，通过移相变压器回馈到电网，装置充分利用了移相变压器对谐波的抵消作用，具有对电网无谐波污染、功率因数高、控制简单、损耗小，返回到电网谐波小于5%。变频调速系统的调速特性。

如图所示，绕线式电动机转子回路串接电阻调速时，通过电阻的分级切换和正反转接触器切换，实现有级调速和正反转控制。其中，工作点1和工作点2为电动状态，工作点3为能耗制动状态，工作点4为再生发电机状态。

变频调速特性为一组平行的曲线，由于变频器的频率连续可调，因而能够实现平滑无级调速。图2中1区为电动区，2区为再生发电区。

2.2副井绞车电控采用变频方案的优越性

2.1.1系统采用西门子S7-300系列可编程控制器，其结构紧凑，功能强大，模块化设计，可靠性高。内置的综合诊断能力，高速计算能力，完整的指令集等。

2.2.2采用变频调速实现了软停车，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠。起动及加速时冲击电流很小，减轻了对电击。

2.2.3回馈能量直接回电网，且不受回馈能量大小的限制，回馈的能量通过EMC滤波器，有效控制了回馈时的谐波含量。

2.2.4简化了操作、降低了工人的劳动强度，故障率大大降低。

2.2.5运行速度曲线成S形，低速力矩可达200%，使加减速平滑、无撞击感。

2.2.6安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还具有以下的保护功能：

（1）深度指示器断轴保护；

（2）减速点后备保护；

（3）接近井口定点检测限速保护；

（4）防倒转保护；

（5）给定方向记忆保护；

（6）二级制动解除保护；

（7）减速段超速保护；

（8）测速发电机欠压保护；

（9）安全回路由PLC内部和外部AC回路串联实现。

采用现代智能控制技术实现速度闭环调节，负力减速阶段在各种负载条件下可严格按照给定的速度图运行，使交流拖动系统在减速段已达到直流拖动系统的调速性能。系统具有完善的自诊断能力，通过液晶显示器可以指示70余种故障信息、系统运行参数等，提高了系统的可靠性和可维护性。采用全数字变频控制技术，减速段速度调节采用低频发电制动方式，将系统的动能反馈给电网，与动力制动减速相比，不仅调速性能好，减速与爬行自然过渡，而且节能效果显著。

3.经济社会效益

有效地解决了使用交流绕线式电机转子串电阻调速控制系统时，提升机减速和爬行阶段的速度控制、性能差、严重耗能等问题，为用户提高生产效率的同时，实现了双重节能效果，并有效利用能源。节能效果十分显著：

节电计算：

减速、爬行段节电：800KW×0.6×15/3600=2度

加速段节电：800KW×0.4×19/3600=1.6度

变频器在加、减速段节电为：2+1.6= 3.6度

改造前记录数据每罐用电13.2度

节电率为：3.6÷13.2=27%

年节电能为：3.6度×80罐×330天=95040度

4.结束语

副立井提升机改用变频调速方式后，不仅使系统的性能大大提高和机械部份寿命延长，更重要的是具有柔性化控制，改造后的电控系统结构简单、应用灵活、编程方便，维护工作量比原系统减少了40%，耗电量减少了20～30%，运行稳定可靠，大大提高了提升机的安全运行，缩短了提升时间，提高了生产效率。

参考文献

[1]沈鸿.《电气工程师手册》.机械工业出版社出版，1990年

[2]倪能容.《中国机电成套设备技术手册》.浙江科学技术出版社出版，1992年。

[3]李纪，池凤山.《煤矿机电事故分析与预防》.煤炭工业出版社出版，1991年