礦井提升機的變頻調(diào)速改造方案設計與實現(xiàn)

1 概況[1]

礦井提升機是煤礦、有色金屬礦生產(chǎn)過程中的重要設備，提升機的安全、可靠運行，直接關系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟效益。煤礦井下采煤，之后通過斜井用提升機將煤車拖到地面上來。煤車廂與火車的運貨車廂類似，只不過高度和體積小一些。在井口有一絞車提升機，由電機經(jīng)減速器帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩在卷筒上纏繞數(shù)周，其兩端分別掛著一列煤車車廂，在電機的驅(qū)動下將裝滿煤的一列車從斜井拖上來，同時把一列空車從斜井放下去，空車起著平衡負載的作用，任何時候總有一列重車上行，不會出現(xiàn)空行程，電機總是處于電動狀態(tài)。這種拖動系統(tǒng)要求電機頻繁的正、反轉(zhuǎn)起動，減速制動，而且電機的轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化。

斜井提升機的機械結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。斜井提升機的動力由繞線式電機提供，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。提升機的基本參數(shù)是：電機功率55 kW，卷筒直徑1 200 mm，減速器減速比24:1，最高運行速度2.5 m/s，鋼絲繩長度為120 m。

目前，大多數(shù)中、小型礦井采用斜井絞車提升，傳統(tǒng)斜井提升機普遍采用交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過程中交流接觸器動作頻繁，設備運行的時間較長，交流接觸器主觸頭易氧化，從而引發(fā)設備故障。另外，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經(jīng)常會造成停車位置不準確。提升機頻繁的起動p調(diào)速和制動，會在轉(zhuǎn)子外電路所串的電阻上產(chǎn)生相當大的功耗。這種交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)屬于有級調(diào)速，調(diào)速的平滑性差;低速時機械特性較軟，靜差率較大;電阻上消耗的轉(zhuǎn)差功率大，節(jié)能較差;起動過程和調(diào)速換擋過程中電流沖擊大;中高速運行震動大，安全性較差。

2 改造方案

為克服傳統(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，采用變頻調(diào)速技術(shù)改造提升機，可以實現(xiàn)全頻率(0~50 Hz)范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制。對再生能量的處理，可采用價格低廉的能耗制動方案或節(jié)能更加顯著的回饋制動方案[2]。為安全性考慮，液壓機械制動需要保留，并在設計過程中對液壓機械制動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機變頻調(diào)速方案如圖2 所示。

考慮到繞線式電動機比鼠籠式電動機的力矩大，且過載能力強，所以仍用原來的4極55 kW 繞線式電機，在用變頻器驅(qū)動時需將轉(zhuǎn)子三根引出線短接。提升機在運行過程中，井下和井口必須用信號進行聯(lián)絡，信號未經(jīng)確認，提升機不能運行。

為顯示運行時車廂的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋轉(zhuǎn)編碼器，即電機旋轉(zhuǎn)1圈旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生40個脈沖，這樣每兩個脈沖對應車廂走過的距離為1200仔/(圓源伊源0)越3.927抑3.9 mm。則與實際距離的誤差值為4-3.9=0.027 mm，卷筒運行一圈誤差為0.027伊源園伊圓源越圓緣.92 mm，已知鋼絲繩長度為120 m，如果兩個脈沖對應車廂走過的距離用近似值3.9 mm計算，120 m全程誤差為圓緣.92伊120 000/1 200仔抑825 mm。再考慮到實際檢測過程中有一個脈沖的誤差，則最大的誤差在821~829 mm 之間，對于數(shù)十米長的車廂來說誤差范圍不到1 m，精度足夠。

因此，用計數(shù)器實時統(tǒng)計旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖個數(shù)，則可計算出車廂的位置并用顯示器顯示。另外一個問題是計數(shù)過程中有無累計誤差存在?實際檢測時，在一個提升過程開始前，首先將計數(shù)器復位，第一個重車廂經(jīng)過某個位置時，打開計數(shù)器計數(shù)，車廂在斜井中的位置以此點為基準計算，沒有累計誤差。在操作臺上，用SWP-AC 系列智能型交流電壓/電流數(shù)字儀表顯示交流電壓和電機工作電流，用智能型數(shù)字儀表顯示提升次數(shù)和車廂的位置。

3 方案實施

斜井提升負載是典型的摩擦性負載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負載。重車上行時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負載阻轉(zhuǎn)矩，起動時還要克服一定的靜摩擦力矩，電機處于電動工作狀態(tài)，且工作于第一象限。

在重車減速時，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時間較短，電機仍會處于再生狀態(tài)，工作于第二象限。當另一列重車上行時，電機處于反向電動狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限。另外，當單獨運送工具或器材到井下時(占總運行時間的10%)，電機純粹處于第二或第四象限，此時電機長時間處于再生發(fā)電狀態(tài)[3]，需要進行有效的制動。用能耗制動方式必將消耗大量的電能;用回饋制動方式，可節(jié)省這部分電能。但是，回饋制動單元的價格較高，考慮到單獨運送工具或器材到井下僅占總運行時間的10%，為此選用價格低廉的能耗制動單元加能耗電阻的制動方案，如圖3 所示。

提升機的負載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負載，起動力矩較大，選用變頻器時要適當?shù)亓粲杏嗔浚虼?，選用ABB公司的ACS800 75 kW變頻器。由于提升機電機絕大部分時間都處于電動狀態(tài)，僅在少數(shù)時間有再生能量產(chǎn)生，變頻器接入一制動單元和制動電阻，就可以滿足重車下行時的再生制動，實現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個液壓機械制動器，類似電磁抱閘，此制動器用于重車靜止時的制動，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機械制動器制動。液壓機械制動器受PLC 和變頻器共同控制，起動時當變頻器的輸出頻率達到設定值，例如0.2 Hz，變頻器端口RO31、RO33 輸出信號，表示電機轉(zhuǎn)矩已足夠大，打開液壓機械制動器，重車可上行;減速過程中，當變頻器的頻率下降到0.2 Hz時，表示電機轉(zhuǎn)矩已較小，液壓機械制動器制動停車[4]。緊急情況時，按下緊急停車按鈕，變頻器能耗制動和液壓機械制動器同時起作用，使提升機在盡量短的時間內(nèi)停車。

上一頁 1 2 下一頁