李润陆
淮沪煤电有限公司丁集煤矿 安徽淮南 232142
摘 要：变频调速技术已应用于工业生产的许多领域，矿井绞车是具有关键意义的生产装备，在确保安全生产中展现出关键作用。本文剖析了煤矿立井副井绞车变频系统的应用体系组成，探讨了变频控制原理和变频技术的应用注意事项，且可供相关人员参考。
关键词：煤矿立井绞车；变频调速；节能
0 引言
许多煤矿还使用以往的电动机转子串电阻方法来调节速度，并设置好几个速度档位进行切换，这是一种有级调速方式。调速性能不理想，会对电网产生巨大影响，通过提高转差率，使电动机的转速得以降低。在低速运行条件下，工作电流将变大，并且电能将作为热量浪费在调速电阻中，但调速不精准，仍然存在一些疑难，不能满足煤矿安全生产的需要。根据以上问题，可采用变频调速技术控制煤矿立井副井绞车，从而增强立井绞车的调速精度。
1 煤矿副井绞车变频系统应用体系组成
1.1主控台
变频控制系统的主控制台由液晶触摸屏、控制器等组成，控制系统以PLC为核心控制元件，并依据需求增添模拟量采集/输出模块以及通信模块等。功能模块的得到由电动机编码器发送出的速度信号和执行机构动作信号等获得。PLC控制器对收集到的信息进行逻辑运算，再将控制信号发送到变频器，在触摸屏上显示立井副井绞车运行状态的信息，员工可将运行控制参数输入到触摸屏上，通过掌管控制面板上的按钮及触摸屏上的按钮来控制绞车的启动和暂停，并依据工作条件控制调速。
1.2电源柜
煤矿立井提升绞车的正常操作需要足够的供电。通常来说，立井绞车使用电源双母线的供电方式，该方式从地面变电站的母线部分获得动力，若电源出现问题，可从其他电路中为立井绞车供电，更好的确保了电源的可靠性。电源柜配有用于供电的自动开关设备，能够为绞车系统的电传仪表和液压泵站供应足够、稳定的电能。
1.3变频控制柜
在电动机的极对数保持稳定时，运行速度和工频成正比，可通过调整工作频率来完成对电机的调速，变频器对交流电流进行整流和逆变，以达到调节电源的运行频率，进而对电机进行无级调速。该变频器可代替以往的转子串电阻调速方法，并且可以通过输出频率来调节无级调速电机，选择矢量型变频器作为提升载荷，能更好的完成煤矿立井绞车提升和下降的速度调节需求。变频器用来安装变频调速所需的各种电气组件，主要包括变频器、PLC控制器、断路器等，其用来控制变频回路过载及过热[1]。
2 煤矿副井绞车变频控制原理
绞车变频控制系统的主回路从电源柜获得电，可向变频器、主控制台供电，变频器在调节速度时，会产生很多谐波分量，既降低了电气效率，也污染了电网，且电能质量的影响也不利，这应使用电抗器来抑制或排除，变频控制系统见图1所示。
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图1 煤矿立井提升绞车变绞变频系统框架图
煤矿立井提升绞车往上移动的过程中，电动机进入电动状态，变频器从电源柜里得到许多能量，调节电动机速度后，驱动负载工作，这应克服负载的重力及系统摩擦，并使电机的输出功能转换为势能。在绞车下降的过程中，重力驱动的电动机将发电，并形成电能，为防止下降时电网和电动机发电，致使变频器直流母线受到影响，电能可通过制动电阻释放，但这也会浪费更多能量。许多提升类负载使用超级电容器存储形成的电能。超级电容组由统一规格的串、并联功率型建立，来自变频器直流母线的直流电引入电容组，智能控制单元用于监测直流母线电压，如若电压值大于母线的接收限度，它将被引到超级电容组，该超级电容组可在煤矿立井提升机的上升期间补充能量。
与此同时，煤矿立井提升绞车往上移动的过程中，如若踩下制动器，变频器中的直流母线将受到更高的电压。但是，使用以往的液压盘刹法会严重损伤刹车闸块，其闸块应定期替换，并且应调整闸块的间隙，这会影响绞车的安全操作。可将制动期间形成的电能施加到制动电阻上，可采用能耗制动的方法，减少机械制动造成的冲击，更好地确保停车的稳定性，减少绞车刹车的维护成本[2]。
3 绞车控制系统
触摸屏安装在主控台上，能够和PLC控制系统进行通讯，触摸屏可显示绞车的运行状态和绞车料斗的深度等，主控台的另一台显示器可进行视频监控，并能够显示绞车运行的实时图像，员工可以使用控制手柄管制速度的下放及上升。控制系统还能够把绞车的保护状态信号上传至PLC控制器，随时监控绞车变频器的工作情况。如若员工有操作错误或系统故障等问题，控制系统会把信号上传至触摸屏，员工能够把摄像头调整至故障位置，从而判断其问题所在，控制系统将自动减速并停止。通过互锁和其他保护法防止员工误操作，且可以更好地确保绞车操作系统的安全性。
4 变频技术应用在煤矿立井副井绞车需要注意事项
4.1工频与变频两种控制方式
为确保立井提升绞车的安全运行，在设置变频控制时，应配备工频控制方式，能将系统从变频器切换至工频运行方式。以变频控制系统为主体，工频运行方式为辅助[3]。
4.2注意选择变频器容量
依据立井提升绞车的工作条件、转矩特性及控制精度等需求，可选用矢量型变压器，这能实现提升类负载的应用需求，并为绞车电机供应充足的扭矩，且具有优秀的过载性能。必须结合三相电机的视在功率来确定变频器的功率，国产变频器应与电机功率一样大，国外品牌应选用和电机功率一致的变频器，需将电动机的额定电流相结合，从而选择变频器的规格，以确保额定电流超过电机额定电流。还应计算绞车制动过程中的电流，并确定制动电阻，如若装备了超级变容器组，则需选择具有独立整流和逆变的变频器，这样能够更好地实现能量的吸收需求。必须思考变频器的软启动性能，可将启动电流确定为电动机额定电流的两倍，这将迅速回落至较小的电流以持续运行，然后以成比例的方式连续增加电动机的运行速度，以达到额定电流，才能防止对电网的影响。还必须设置变频器的工作曲线和加减速时间，以确保工作曲线和绞车的运行特性一致。还应确保变频器能够长时间低速运行，停止对绞车使用液压盘刹管控，以达到更好地节能成效，并延长了设备的使用时间[4]。
4.3抑制变频器谐波
变频器通过使用整流和逆变原理来调节电机的速度，电机的速度通过调节频率得以控制。在运行时，会产生大量谐波，这将对电网以及PLC控制系统产生更大冲击，电网将受到谐波的影响，并且电能质量将下降，如若在PLC控制系统中连接了谐波，严重时则会烧坏功能模块及控制器。这就需要使用适当的举措压制谐波，可在变频器电源的入口处配置一个电抗器，并使用磁屏蔽环限制出口。变频器的输出线和信号线不能放在同一线槽内，防止出现谐波信号，降低电磁的干扰[5]。
5 结束语
总体来说，煤矿立井提升绞车使用变频技术无级调节电机转速，也可发挥出很好的节能成效。但是，在应用时有必要联系绞车的工作情况，选取最合理的变频控制系统，给煤矿生产供应出了更加方便且十分安全的技术保证，强化绞车的操作效率。
参考文献：
[1]田海兰.施工升降机节能变频调速控制技术[J].电子设计工程,2016(06):188-189.
[2]吴书平,何楠楠.直驱绞车结构和关键技术分析[J].石油矿场机械,2017(03):55-59.
[3]郑轲.引风机变频节能改造实施及其故障后DCS逻辑优化研究[D].电气工程,2018.
[4]公茂果.电动汽车60KW直流充放电测试装置主功率回路分析与设计[D].电力系统及其自动化,2016.
[5]陈信宇.浅谈谐波对低压微电网的影响[J].大科技,2017(01):1.