矿井提升机中转子变频调速系统的应用研究

矿井提升机中转子变频调速系统的应用研究

进入到新世纪以来，随着我国科学技术水平以及社会经济水平的迅速提高，我国的各行各业都得到了快速的发展，在我国的煤矿行业中，矿井提升机是矿井地面和井下作业过程中十分常用大型提升机械设备，但是传统的矿井提升机会使用到大量的电阻器、接触器和继电器，控制系统的复杂程度很高，这就带来了其运行易出现故障并且噪音大并且维修工作量大等问题，同时也浪费了大量的电能。文章便首先介绍了矿井提升机转子变频调速系统的组成和系统功能，并且分析了其工作原理和调速性能，应用了此系统后大大的提升其生产过程的经济效益和社会效益，值得进一步的推广和使用。

标签：矿井提升机；转子变频调速系统；应用分析

1 转子变频调速系统的组成

通常情况下，组成此转子变频调速系统主要有三大部分，分别为操作台，主控柜和变频柜。而操作台又是由三段组成的，分别为左段、右段和中段。在左端和右端的斜面位置处，都装有指示灯和指示仪表，在左右段的平面部分，则分别装有主令控制的操作手把、可调闸、按钮以及各种转换开关等部件，而在中段则装有键盘以及彩色液晶体显示器。另外，在操作台的内部还装有润滑泵接触器、一套副PLC、制动泵以及接口端子；一般情况下，系统主控柜都是由辅助继电器和一套主PLC两部分组成的，在文章所采用的转子变频调速系统中，继电器采用的为施耐德系列继电器；在此系统中，变频柜选择为西门子公司的6SE70系列的变频装置，其通常也是由两部分组成，分别为逆变单元和回馈单元。

2 转子变频调速系统的功能

2.1 信号闭锁功能

对于转子变频调速系统的信号闭锁功能，其主要是通过如下的方式实现的：当在中间的继电器输入PLC时，如果打点信号的点数为“1”点，那么开车后系统就无法自动停车，只有人工让其停车才能停下来；当打点信号的点数为“2”点和“4”点时，系统只能正向开车；当打点的信号为“3”点和“5”点时，系统则只能反向开车。

2.2 信号开车的方式

（1）手动开车。正常的状态下都是手动开车的方式，速度的调节范围为0-3.2m/s；（2）PLC应急开车。当发现PLC内部出现运行的故障时，系统会自动的将这些故障屏蔽，同样的速度的调节范围也为0-3.2m/s；（3）应急开车。通常在需要紧急开车的情况下会应用此种开车的方式，PLC内部的所有软过卷故障会被屏蔽，速度的调节范围为0-2m/s；（4）检修开车。在检修绞车时一般会采用这种开车的方式，同样的，PLC内部的过卷保护也会被屏蔽，其速度最大也不会超

过0.5m/s。

2.3 系统的安全保护措施

当系统出现异常情况或是运行故障时，而为了避免问题的进一步扩大，那么就必须强迫系统停止工作，并且还要防止其重新启动，因此，系统就必须设有安全回路。在变频调速系统中，一般都设有两条安全回路。分别为主PLC和副PLC 内部程序设置的安全回路以及继电器中的安全回路。其中，继电器中的安全回路与系统内的其他回路是独立开来的，它对系统的闸制动系统和电气传动系统会直接起到安全保护作用。在系统的20项保护措施中，共计有15项是起到安全保护作用的，它们分别为高压闭锁保护、超速保护、过卷保护、松绳保护、过负荷保护、限速保护、脚踏开关保护、事故逆转保护、变频器故障保护、欠电压保护、急停开关保护、信号方向闭锁、油压过压保护、减速功能保护和断销保护。

2.4 上位机监控

通过对PLC通讯所采集到的数据进行监控，主要监控以下三大内容：（1）基本画面。当绞车处于正常运转的过程中，会显示这一画面。其显示的内容有很多，如速度曲线、提升次数、打点信号、模拟显示器运行装置动画图、开车方式、速度、行程、安全保护故障显示以及电机电流等；（2）子画面。主要有监控一览、故障一览、分页查询以及数据参数修改等子画面；（3）修改参数。为确保整个系统安全、稳定的运行，要想修改参数，就必须在系统中先输入设定过的密码，成功后才能进入修改子画面。

3 PLC控制

通常情况下，转子变频调速系统的PLC主要包括CPU模块、数字量模块、模拟量模块、电源模块、高速计数器模块以及主机架等部件，在系统的运行过程中，主PLC会对其进行有效的管控，同时执行正常的操作程序，其能与上位机进行即时的通讯，同时也可生成方向信号和开车信号，当出现运行故障时，可以及时的进行闭锁和安全保护。

主PLC和副PLC都可以实现双线控制保护，对于速度、过卷、减速以及容器位置等对系统运行会产生重要影响的信号应采用双重保护，同时还具有位置保护和全行程速度保护功能。

4 转子变频调速系统的工作原理

首先，变频器会将整流变压器输出的交流电源转变成为直流电源，而在通过逆变单元时，此直流电源又被转化成具有可控电压和可控频率的电流并且输入到转子中，其变频电源通常为0-50Hz，也就实现了变压和变频的调速功能。当转子侧馈入功率了，那么其就是处于整流的状态下，逆变单元也就处于了逆变状态，如果转子侧是馈出了功率，那么逆变单元就处于整流状态，回馈单元就处于了逆变回馈状态。

5 转子变频调速系统的性能优点

5.1 结构简单，不易出现故障

当在矿井提升机中应用了转子变频调速系统后，由于所采用的电路均为大规模和超大规模的集成电路，结构简单并且不需要大量的元器件，大大的减少了原来系统的故障点，运行过程中的安全性和可靠性更高。

5.2 可无极调速，并且调速性能更好

应用转子变频调速系统后，其可以调速的范围更广，调速的性能也更加稳定，同时实现了无极调速。原来系统的调速性能差并且工作效率低，也无法无极调速。

5.3 工作更加稳定并且精度更高

此系统内部设有微处理器，软件会自动完成调速的算法和整个控制功能，保证了控制参数的准确性，同时当确定了控制参数后，就无法随意的将其更改，工作过程中更加稳定，并且具备较高的控制精度。

5.4 具备较强的故障自诊断能力

在转子变频调速系统中，软件可以即时的反映出硬件的工作状态，硬件系统也可以实时的监控软件的运行性能，因此，无论是软件还是硬件出现故障时，系统都可以将故障及时的诊断出来，并且维护也较为方便，降低了维护的成本。

6 应用转子变频调速系统后的效益

6.1 社会效益

应用转子变频调速系统后，大大的提升了电控系统的装备水平，同时也大大的提高了设备运行过程的稳定性和安全性；此系统的性能好并且精度高，传动部件之间的冲击和磨损现象得到了极大改善，延长了矿井提升机的使用寿命；由于电控设备所采用的为柜式封闭的结构，并且PLC无需触点就可以精准的控制，噪声被大大的降低了，有利于环保工作的顺利开展。

6.2 经济效益

在应用了此转子变频调速系统后，耗电量得到了大大的降低，平均每年节省电量超过了10万元；另外，此系统易损件较少，电气元件有较高的可靠性，配件和材料的采购费用也降低了2万元。

在我国煤炭行业的矿井提升机设备中应用了转子变频调速系统后，通过不断的改良和测试后，现阶段已经发展成为了一种较为成熟的技术，系统运行过程中