ZJT-30型隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置在煤礦斜井提升中

1、ZJT-30型隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置在煤礦斜井提升中的應(yīng)用彭秋紅 沈占彬 徐叢清(平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河南 平頂山 467001 )摘要：針對(duì)礦用交流提升機(jī)在減速和爬行段的速度控制困難，不能實(shí)現(xiàn)恒減速控制，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速能耗十分大，控制電路復(fù)雜，經(jīng)常產(chǎn)生故障和損壞等問(wèn)題。本文介紹了變頻器在斜井提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，論述了提升機(jī)的節(jié)能變頻調(diào)速，行程控制，能量回饋及制動(dòng)過(guò)程。關(guān)鍵詞：變頻器；提升機(jī)；變頻調(diào)速；行程控制；能量回饋0引言目前礦用提升機(jī)普遍使用交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負(fù)載變動(dòng)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)恒減速控制，經(jīng)常會(huì)造成過(guò)放和過(guò)卷事

2、故。提升機(jī)頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)工作過(guò)程會(huì)使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜，這種轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動(dòng)電流和換檔電流沖擊大，中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全不可靠，對(duì)再生能量處理不力，斜井提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞，故障率高，影響生產(chǎn)效益。特別是在煤礦生產(chǎn)中不能實(shí)現(xiàn)防爆要求。針對(duì)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的這些問(wèn)題，本文介紹變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，能很好的防止提升機(jī)過(guò)卷和過(guò)放事故發(fā)生。變頻器的調(diào)速還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，去除了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗

3、，具有十分明顯的節(jié)能效果。變頻器調(diào)速控制電路簡(jiǎn)單，克服了接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故發(fā)生。交頻器靈活的調(diào)速控制便于實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的多段速控制，能防止叉道和彎道脫軌事故。因此，變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用有十分廣闊的前景。鑒于變頻調(diào)速提升絞車的優(yōu)越性，我礦采用唐山開誠(chéng)電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZJT-30型隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置。該變頻調(diào)速裝置主要整流及逆變?cè)蚉LC及輔助元件均采用進(jìn)口產(chǎn)品，具有可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。它能有效地保護(hù)電機(jī)，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。由于變頻調(diào)速裝置采用了隔爆兼本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)，符合煤礦安全規(guī)程的要求，可應(yīng)用于煤礦井下含有煤塵、瓦斯爆

4、炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，作為局部風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、提升絞車、皮帶運(yùn)輸機(jī)及其它設(shè)備電機(jī)的變頻調(diào)速和起停及保護(hù)控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、安全生產(chǎn)、延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命等多重目的。1該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這三條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開時(shí)，另二條也同時(shí)斷開。安全電路斷開后，系統(tǒng)會(huì)立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器，分制動(dòng)油泵，斷開安全閥和KT線圈,進(jìn)行緊急制動(dòng)。(1)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。 (2)起動(dòng)及加速換擋時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。(3)運(yùn)行速度曲線成S形，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。(4)

5、安全保護(hù)功能齊全，除一般的過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有過(guò)卷、等速超速、定點(diǎn)超速、PLC編碼器斷線、錯(cuò)向、傳動(dòng)系統(tǒng)故障、自動(dòng)限速等保護(hù)功能。(5)設(shè)有回饋制動(dòng)、抱閘制動(dòng)制動(dòng)方式，更加安全可靠。(6)該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)絞車的調(diào)速、換向、能量回饋制動(dòng)等功能，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。(7)采用雙PLC控制回路，能夠?qū)崿F(xiàn)雙回路保護(hù)，一回路出現(xiàn)故障，另一回還可以繼續(xù)運(yùn)行。2提升機(jī)變頻調(diào)速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1：絞車電控系統(tǒng)圖Fig.1: Winch electrical control system diagram圖1所示，提升機(jī)ZJT-30-MSC隔爆兼本安

6、智能變頻調(diào)速其主要配置為變頻調(diào)速系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及軸編碼器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，其中變頻調(diào)速系統(tǒng)（圖2所示）又分為輸入電抗器、可控整流系統(tǒng)、電容平波系統(tǒng)、輸出逆變系統(tǒng)。變頻器主要對(duì)提升機(jī)的升降實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速等，可控整流系統(tǒng)是一種可回饋電能的逆變器，它可單獨(dú)作為高質(zhì)量的無(wú)功補(bǔ)償器使用，也可與其他系統(tǒng)相結(jié)合組成新的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)能量在交流側(cè)和直流側(cè)的雙向傳輸，同時(shí)，系統(tǒng)可將交流側(cè)的功率因數(shù)調(diào)整到任何希望的數(shù)值，且交流側(cè)的電流為近乎完美的正弦波。電容平波系統(tǒng)主要對(duì)電網(wǎng)脈動(dòng)整流濾波使其達(dá)到輸出的波形平穩(wěn)。PLC控制系統(tǒng)主要對(duì)提升機(jī)的變速、停車和精確制動(dòng)、提升啟動(dòng)、下降啟動(dòng)、故障復(fù)位及緊急制動(dòng)等操作控制。抱閘制

7、動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)停車控制。軸編碼器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是把運(yùn)行的速度及方向和位置信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)中。 Fig.2: Frequency conversion and speed modulation system提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)按工作方式又分為變頻器、行程控制、操作控制和抱閘控制。（1）變頻器在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用中，變頻器主要進(jìn)行恒加速變頻調(diào)速啟動(dòng)、恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運(yùn)行等變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)輸入電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的，因此調(diào)速范圍很寬，一般變頻器基本上都可以達(dá)到0400Hz，頻率調(diào)節(jié)精度一般為0.01Hz，可以很好地滿足提升機(jī)的恒加速和恒減速無(wú)級(jí)調(diào)速的要求

8、。采用變頻器后，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟啟動(dòng)和平滑調(diào)速。變頻器調(diào)速有別于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，降低了轉(zhuǎn)差率，提高了電路的功率因數(shù)，可以恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)電效果。另一方面，變頻器還可通過(guò)軟件，很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩（即調(diào)整轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線）和加減速時(shí)間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。變頻器還具有強(qiáng)大的兼容功能，并根據(jù)使用要求進(jìn)行功能組合，參數(shù)設(shè)置（修改）和動(dòng)態(tài)調(diào)通。變頻器也可通過(guò)端子排控制，對(duì)行程進(jìn)行多段速度控制。圖3為變頻器恒加速和恒減速調(diào)速過(guò)程示意圖，加速和減速過(guò)程可以靈活的調(diào)節(jié)，這種調(diào)速方式對(duì)防止提升機(jī)的過(guò)卷、過(guò)放、脫軌等都是十分有利的。（2）行程控制（PLC控制）圖3是提升

9、機(jī)提升和下降過(guò)程示意圖，行程控制分為2個(gè)過(guò)程，一個(gè)為正向提升行程，另個(gè)為反向下降行程。行程控制主要將提升機(jī)的升降過(guò)程劃分成不同的行程區(qū)間，根據(jù)每一行程區(qū)間的實(shí)際情況，可以用不同的變頻調(diào)速控制提升機(jī)的升降速度。行程控制不僅控制提升機(jī)整個(gè)升降行程過(guò)程的變頻調(diào)速，而且控制提升機(jī)的停車和制動(dòng)過(guò)程。行程控制可以很好的防止提升機(jī)過(guò)卷、過(guò)放、脫軌和翻車等事故發(fā)生，特別適合具有彎道和叉道的特殊斜井。Fig.3: The permanent acceleration and deceleration speed modulation process schematic drawing行程控制是根據(jù)提升機(jī)的升降位

10、置（行程區(qū)間）實(shí)施控制，PLC將行程位置轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)（如圖1所示），發(fā)出指令控制信號(hào)傳輸?shù)阶冾l器進(jìn)行多段速變頻控制，停車控制和制動(dòng)控制等。（3）制動(dòng)控制提升機(jī)的安全使用必須要有良好的制動(dòng)和制動(dòng)控制系統(tǒng)。制動(dòng)一般采取回饋制動(dòng)和抱閘制動(dòng)相結(jié)合，回饋制動(dòng)主要利用提升機(jī)的慣性在減速和下降行程所產(chǎn)生的再生能量進(jìn)行制動(dòng)。變頻器使用回饋單元實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，這是一種軟制動(dòng)形式，能很好的防止機(jī)械沖擊和快速下滑。為了防止滑車等事故，使用抱閘對(duì)提升機(jī)實(shí)施抱死制動(dòng)，抱閘制動(dòng)般在停車時(shí)使用，當(dāng)運(yùn)行到停車位置時(shí)，PLC對(duì)變頻器發(fā)出停車信號(hào)。同時(shí)，對(duì)抱閘制動(dòng)器發(fā)出抱閘控制信號(hào)，實(shí)施抱閘制動(dòng)。當(dāng)發(fā)生脫軌等事故時(shí)，操作控制實(shí)行

11、緊急抱閘制動(dòng)。（4）操作控制操作控制主要執(zhí)行提升啟動(dòng)、下降啟動(dòng)各緊急抱閘制動(dòng)等控制?！疤嵘龁?dòng)”操作控制變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行，提升過(guò)程由行程控制器的提升行程控制完成?！跋陆祮?dòng)”操作控制變頻器反轉(zhuǎn)，下降過(guò)程由行程控制器的下降行程控制完成?！熬o急制動(dòng)”操作主要控制異常時(shí)的變頻器停止和抱閘制動(dòng)。3ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是：操作臺(tái)發(fā)出操作指令信號(hào)，傳輸?shù)絇LC-A1和PLC-A2，PLC-A1和PLC-A2根據(jù)軸編碼系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)傳回的信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部比較，然后根據(jù)程序控制變頻器執(zhí)行起動(dòng)、停車、制動(dòng)、保護(hù)等功能。在PLC

12、-A1故障或與其有關(guān)的編碼器故障時(shí)，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)打在“應(yīng)急1”位置,利用PLC-A2可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急手動(dòng)開車；同樣在PLC-A2故障或與其有關(guān)的編碼器故障時(shí)，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)打在“應(yīng)急2”位置,這時(shí)在PLC-A1內(nèi)可把與PLC-A2相關(guān)的信號(hào)旁路掉，利用PLC-A1可手動(dòng)開車。變頻器是通過(guò)改變電機(jī)定子供電頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)絞車的調(diào)速。交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 n=60f1(1S)p其中n電機(jī)轉(zhuǎn)速 f1定子供電頻率 p極對(duì)數(shù) s轉(zhuǎn)差率其中變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，“交直交”變頻理論最終產(chǎn)生PWM電壓。AC660V電源由隔爆接線腔 R、S、T

13、 三個(gè)接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，經(jīng)整流平波電路輸入 IGBT 逆變橋，由逆變電路輸出 U、V、W 來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行，對(duì)電機(jī)頻率的調(diào)整控制，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況需要，由外部速度鈕，以無(wú)級(jí)調(diào)速的方式設(shè)定好實(shí)際需要的參數(shù)值（即頻率速度值），以達(dá)到精確地適應(yīng)所需頻率 速度 功率的輸出的要求。當(dāng)工作現(xiàn)場(chǎng)的工況要求發(fā)生變化時(shí)，可隨時(shí)用本質(zhì)安全型參數(shù)程序控制器（鍵盤或 CCS 操作臺(tái)）來(lái)修改參數(shù)，應(yīng)用方便、靈活、可靠。4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及運(yùn)行效果從2004年10月份到目前，平煤集團(tuán)四礦使用該ZJT-30-MSC型智能變頻調(diào)速裝置以來(lái)，經(jīng)過(guò)測(cè)算和試用相比較，節(jié)電率達(dá)到30%以上。同時(shí)變頻絞車改造后絞車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性

14、大大增加。因此大大減少了運(yùn)行故障和維修時(shí)間，節(jié)約了大量人力和物力，在很大程度上提高了四礦的運(yùn)輸能力。參考文獻(xiàn)：1ZJT-30-MSC隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置說(shuō)明書，唐山開誠(chéng)電器有限責(zé)任公司。2李瑞來(lái)、何洪臣、韓文昭，礦山提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)J ，變頻器世界，1998，：15-173李良仁，變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用M，北京：電子工業(yè)出版社，2004。-作者簡(jiǎn)介：彭秋紅（1966），女，河南省襄城縣人，講師，1990年畢業(yè)于焦作礦院機(jī)械工程系，現(xiàn)從事電子技術(shù)應(yīng)用及自動(dòng)控制的研究與教學(xué)工作。TelJT-30 Separates exploding and the peacefu

15、l intelligence frequency conversion and speed modulation equipment in coal mine slant hole promote applicationPENG Qiu-hong SHEN Zhan-bin XU Cong-qing(Pingdingshan Industrial Collage of Technology，Pingdingshan 467001,china)Abstract: For the mineral Ac elevator speed control difficulty in deceleratin

16、g and crawling section,cant realize permanent deceleration control,The rotor string resistance is very big in speed modulation on energy consumption,the control circuit is complex,and usually have some questions about breakdown and damage and so on, This article introduced the converter in slant hole elevator system application, Elaboratated the elevator energy conservati