郭朝阳
中国平煤股份四矿运转队467000
摘 要：变频调速技术已经应用到工业生产的多个领域，煤矿立井绞车是重要的生产设备，对保证安全生产发挥着重要作用。本文对煤矿立井主提升绞车变频系统应用系统构成进行分析，并对变频控制原理、变频技术应用注意事项进行探讨，可供相关人员参考。
关键词：煤矿立井绞车；变频调速；节能
很多煤矿还采用传统的电动机转子串电阻的方式来进行调速，设置有多个速度档位来进行切换，是一种有级调速方式。调速性能并不理想，会对电网产生较大的冲击，通过增大转差来使电动机转速下降，低速运行条件下会使运行电流变大，电能消耗在调速电阻上会以热能方式浪费掉，调速精度不高，还存在着可靠转差的问题，达不到煤矿安全生产的要求。针对上述问题，可以应用变频调速技术对煤矿立井主提升绞车控制，来进一步提高立井绞车调速精度。
1煤矿立井主提升绞车变频系统应用系统构成
1.1主控台
变频控制系统主控台是由液晶触摸屏、控制器、辅助控制回路等构成，控制系统采用PLC作为核心控制元件，根据控制需要增设模拟量采集/输出模块、通信模块等。功能模块获取到电动机编码器发送来的转速信号、执行机构动作信号等，PLC控制器将采集到的信息进行逻辑运算然后发出控制信号给变频器，并将立井主提升绞车的运行状态信息显示在触摸屏上，工作人员可以向触摸屏中输入运行控制参数，通过操纵控制面板中的按钮或触摸屏中按钮来控制绞车的启动、停止，根据工况进行调速控制。
1.2电源柜
煤矿立井提升绞车的正常运行需要可靠的供电，一般情况下，立井绞车多采用电源双母线的供电方式，从地面变电站母线段中取电，如果某供电电源存在问题，可以从另外回路为立井绞车供电，更好地保证供电可靠性。电源柜内部设置有供电线路自动切换装置，可以为绞车系统的电传仪表、液压泵站等提供稳定、可靠的电能。
1.3变频控制柜
在电动机极对数保持不变的情况下，运行速度与电源频率成正比关系，通过调节运行频率就可实现对电机的调速，变频器可以将工频的交流电流进行整流逆变后，实现对电源运行频率的调节，从而对电机进行无级调速。变频器可以取代传统转子串电阻的调速方式，通过调整输出频率来对电机进行无级调速，提升类负载选用矢量型变频器，可以更好地满足煤矿立井绞车上提与下放的调速要求。变频器用于安装变频调速所需要的各类电气元件，主要有变频器、PLC控制器，功能模块、断路器、交流接触器、制动电阻、进线电抗器等，用于对变频控制回路进行过载、欠压和过热等保护。
2煤矿立井主提升绞车变频控制原理
绞车变频控制系统的主回路从电源柜中取电，可以为变频器、主控台等进行供电，变频器在进行调速过程中会产生较多的谐波分量，在降低电气设备使用效率的同时，也会对电网产生污染，电能质量会受到较大的影响，需要采用电抗器进行抑止或消除，变频控制系统见图1所示。
图1 煤矿立井提升绞车变绞变频系统框架图
煤矿立井提升绞车向上运动时，电动机进入到电动状态，变频器从电源柜内获取能量，对电动机速度进行调节以后驱动载荷做工，需要克服载荷具备的重力和系统摩擦力，电机输出功能转变为势能。当绞车下降时，重力拖动电动机为发电状态，会形成电能，为了避免下降过程中电网与电动机发电对变频器直流母线造成影响，可以通过制动电阻将电能释放掉，但同样也会存在着较大的能量浪费。
很多提升类负载都应用超级电容来对形成的电能进行存储，通过相同规格型号的功率型超级电容进行串、并联来建立起超级电容组，将变频器直流母线中直接电引入到电容组，再采用智能控制单元对直流母线电压进行监测，如果电压值超过母线承受范围则引入到超级电容组中，可以用于煤矿立井提升机上升过程中的能量补充。
同时，当煤矿立井提升绞车向上运行时，如果进行刹车制动也会使变频器中直流母线承受更高的电压，但采用传统的液压盘刹等方式会使刹车闸块严重受损，经常使用需要定期更换闸块，还需要对闸块间隙进行调整，会对绞车安全运行带来影响。可以将制动过程中形成的电能作用于制动电阻中，采取能耗制动方式，可以降低机械制动带来的冲击，更好地保证停车的稳定性，可以降低绞车刹车系统的维修成本。
3绞车控制系统
主控台中安装有触摸屏，可以与PLC控制系统进行通讯，触摸屏中可以显示绞车的运行情况，运行速度、绞车料斗深度、液压站运行压力、保护元件的动作状态等，主控台另一台显示器可以用于视频监控，可以显示绞车运行的实时画面，工作人员通过操作控制手柄就可以控制下放、 上升速度。控制系统还可以将绞车保护状态信号上传到PLC控制器中，还可实时监测绞车变频器的工作状态。如果工作人员存在操作失误、系统故障等情况，控制系统会将信号上传到触摸屏中，工作人员可以将摄像头调整到故障位置进行判断，控制系统会自动减速并停车。通过互锁等保护方式避免操作人员误动作，更好地保证绞车运行系统的安全性。
4变频技术应用在煤矿立井主提升绞车需要注意事项
4.1工频与变频两种控制方式
为了更好地保证立井提升绞车的运行安全，在设置变频控制的同时，还需要配置工频控制方式，可以将系统从变频器中切换到工频运行。将变频控制系统为主，工频运行方式为辅。
4.2注意选择变频器容量
根据立井提升绞车工况、机械设备类型、转矩特点、调速范围和控制精度等要求，可以选择矢量型变压器，可以更好地满足提升类负载的使用要求，为绞车电机提供足够的扭矩，并具备良好的过载性能。还需要结合三相电机视在功率来确定变频器功率，国产变频器应该尽量大于电机功率，国外品牌可以选择与电机功率相同的变频器，还需要结合电动机额定电流来选择频器型号，保证额定电流不低于电机额定电流。还需要计算绞车制动时的电流，还确定制动电阻，如果配装超级变容器组，还需要选择整流与逆变分开的变频器，可以更好地满足吸收能量的要求。还需要考虑到变频器的软启动性能，启动电流可以确定为电动机的2倍额定电流，然后会快速回落到较小的电流继续运行，再以正比方式不断提升电动机运行速度，从而达到额定电流，这样可以避免对电网产生冲击。还需要设置变频器的运行曲线、加减速时间，保证运行曲线与绞车运行特性相符。还应该保证变频可以长时间低速运行，不再对绞车采用液压盘刹控制，可以起到更好的节能效果，可以提高设备的使用寿命。
4.2抑制变频器谐波
变频器对电机进行调速是应用整流与逆变原理，通过调节频率对电机进行速度控制，在运行过程中会产生大量的谐波。会对电网和PLC控制系统产生较大的影响，电网受到谐波影响会使电能质量变差，PLC控制系统中如果串入谐波会烧坏功能模块，严重情况来会烧毁控制器。这就要求采用适宜的措施来抑制谐波，可以在变频器电源进线处安装电抗器，出线采用磁屏蔽环进行限制。变频器的出线不可以与信号线放到共同的线槽中，避免产生的谐波作用于信号线中，信号号需要合理进行接线，这样可以减少电磁干扰。
5结束语
综上所述，煤矿立井提升绞车采用变频技术对电机进行无级调速，也可以起到很好的节能效果。但在应用过程中需要结合绞车的工况，选择最为合理的变频控制系统，为煤矿生产提供更便捷、安全的技术保障，进一步提高绞车的运行效率。
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