关于四象限变频调速电控系统在矿井提升绞车电控中的应用

罗洪清（川煤集团鼎能公司川南建工，四川宜宾644500）

关于四象限变频调速电控系统在矿井提升绞车电控中的应用

罗洪清
（川煤集团鼎能公司川南建工，四川宜宾644500）

摘要：采用四象限变频调速电控系统改造矿井提升绞车电控中的电控装置，实现了提升绞车变频调速具有调速范围大，调速平滑性好，控制精度高，响应速度快，并对经济技术进行了比较。煤矿企业矿用提升绞车十分普遍，变频器在矿井提升绞车调速上的应用应当具有十分广阔的前景。

关键词：矿井提升绞车;变频调速电控系统;应用

1引言

随着经济的发展，工矿企业的自动化技术水平在不断地提高，芙蓉集团红卫煤业有限公司是一个年产30万吨的煤与瓦斯突出矿井。安装在井下的提升绞车是原重庆矿山机械厂生产的GKT1.6×1.5-20型绞车，其电控部分属于非防爆设备，属于2007年川煤集团控制的重大隐患，为了整治隐患，公司决定对该绞车的电控部分进行了改造，将原金属电阻启动的非防爆电控系统改造为隔爆兼本质安全型四象限变频调速PLC控制的电控系统。该电控系统自2008年元月2日投入使用以来，运行可靠，故障率低，其不仅技术先进，而且运行经济效果良好。

2变频调速原理简介

变频的同时也必须变压，即V/f恒定控制，它适用于水泵、风机类的轻负载情形。矢量控制方式适用于矿井斜坡提升机类重负荷和恒转距工况的情形。

3变频调速系统的构成及功能组成

四象限变频调速绞车电控系统是采用其调速装置的拖动系统和双PLC控制系统及传感器构成。

3.1传动系统

（1）防爆输入电抗器箱

防爆输入电抗器箱主要功能是滤除高次谐波，减小对电网的污染；温升低、漏电流小；能够改善输入电流波形和平衡度，提高系统功率因数。̓̓（2）隔爆四象限变频调速装置

QJR型隔爆兼本安智能全数字四象限变频调速是采用交—直—交无速度传感器矢量控制技术。它以传感器矢量控制技术为核心，具有调速范围大，调速平滑性好，控制精度高，响应速度快等优点；在低频运行时，有自动转矩提升功能。绞车负力运行时，系统能自动转入发电反馈制动状态，使制动更平稳，操作更简单，大大提高了安全可靠性能，也节省了大量的电能。

3.2控制系统

（1）PLC可编程控制箱

它采用了双套PLC控制和双重软硬保护结合的过程控制系统。构成“双线制”控制与保护。

（2）PLC1的主要功能有：

̓1）完成提升机运行方式的控制，包括自动、手动、检修等；

̓2）完成提升机逻辑运算与中间闭锁；

̓3）完成提升机传动系统的运行控制与速度给定；

̓4）完成各种故障、报警、保护功能，实现多重软硬件保护；

̓5）完成轴编码器之间的相互监控与开路保护；

̓6）形成软硬件相互冗余，相互闭锁；

̓7）实现提升几套制动系统的控制；

（3）PLC2的主要功能有：

̓1）完成速度给定和位置控制；

̓2）自动生成位置—速度包络曲线图；

̓3）与PLC1位置比较，偏差过大报警；

̓4）形成软件安全电路，相互冗余，相互闭锁；

5）当PLC1出现故障时，能独立完成有关提升控制；

PLC是以微处理机为主体，用作数字控制的工业控制装置，通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程它具有形象直观的梯形图编程语言。

4经济技术比较

通过非防爆改造后，与原转子串金属电阻调速进行效能比较如下几点：

4.1整个系统投入的费用

原转子串金属电阻调速系统总费用比全数字四象限变频防爆绞车控制系统所投入的总费用低30%。

4.2技术性能比较

全数字四象限变频防爆绞车控制系统属无极调速、闭环控制、调速范围大、精度高、爬行速度易控制；双线制保护，节能性、安全性好，易操作。而转子串金属电阻调速系统属则与之完全相反。

4.3节能性能比较

如提升机每天按80%的运转率来计算，一天运转20小时左右，那么，年节约电费约为31.35万元。可节能40%左右。

4.4节省维修费用

据统计，转子串金属电阻调速系统的月检修费用比全数字四象限变频防爆绞车控制系统的月检修费用能够节省2.64万元。

4.5人工工时的比较

全数字四象限变频防爆绞车控制系统每月只需10个工日对其维护和检修，按50元/个工计算，年节约费用为12000元。

4.6设备的高可靠性

全数字四象限变频防爆绞车控制系统采用的是PLC程序语言控制，实现了无接触控制极其完备的监测监控，保护十分完善，其可靠性高达99%，只要设备初期运行正常，一般情况下，几乎不出故障，该绞车运行近两年来，只出现过三次故障，是因为散热能力和散热方式不完善而致；而转子串金属电阻调速系统由于是采用接触器控制，接触器在其机械运动中容易磨损，其保护不完备，故障率相当高，据不完全统计，该绞车运行平均每都要出现10次以上的故障。

4.7实现了软起动无极调速

全数字四象限变频防爆绞车控制系统起动十分平稳，起动时的转矩就能达到额定转矩的1.5倍，为无极调速，提升力的增加及速度的变化是平滑的，无突变，故起钩时矿车几乎无下道，对电机亦无电器冲击；而转子串金属电阻调速系统由于起动时转子的电阻在切换时，速度发生突变，电机电流突变，对电机的冲击大，斜坡上串车所受的提升力发生突变，串车容易侧翻下道，造成运输事故。

5总结

随着电力电子技术的发展和和变频技术的成熟，变频调速系统的应用越来越广泛，因为它从根本上解决了原有的防爆电阻调速控制系统所存在的弊端，使井下防爆绞车电控系统迈上了一个新的台阶。

作者简介：罗洪清（1965-），男，四川长宁人，本科，机电工程师，副总工程师。