提升機(jī)低頻拖動(dòng)安全與效益初探

1、提升機(jī)低頻拖動(dòng)安全與效益初探摘 要： 本文通過(guò)交流拖動(dòng)制動(dòng)和爬行階段控制方式的對(duì)比和分析， 采用低頻拖動(dòng)方式可避免二次給電對(duì)機(jī)械、 電氣設(shè)備造成的沖擊和電傳消耗， 極大提高了提升機(jī)的安全運(yùn)行能力。 關(guān)鍵詞： 低頻拖動(dòng)；爬行；電傳消耗平頂山煤業(yè)( 集團(tuán)) 公司現(xiàn)運(yùn)行的生產(chǎn)礦井， 大 多采用交流拖動(dòng)提升機(jī)， 通過(guò)在繞線型異步電動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn)子回路中接入電阻， 用控制器或磁力站逐級(jí)切 除電阻來(lái)進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行至減速點(diǎn)時(shí)， 將 電動(dòng)機(jī)的定子從交流電網(wǎng)切斷， 另加直流電源裝置 進(jìn)行供電來(lái)產(chǎn)生較大的負(fù)力以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力制動(dòng)， 即能 耗制動(dòng)， 從而使提升機(jī)沿著既定速度曲線降到某一 爬行速度。由于提升機(jī)的爬行速度

2、約 0.30.5 m/s ，并經(jīng)常要求電動(dòng)機(jī)發(fā)出正力， 故單純的動(dòng)力制 動(dòng)裝置解決不了低速正力爬行， 必須采取技術(shù)措施 或加裝一些輔助設(shè)備。交流拖動(dòng)方式中， 目前主要 采用脈沖爬行、 微拖爬行和低頻爬行三種方法?，F(xiàn) 運(yùn)行的礦井大部分使用脈沖爬行方法， 即在爬行階 段將電動(dòng)機(jī)接人大量電阻， 手動(dòng)或 自動(dòng)地多次通斷 電動(dòng)機(jī)電源。這種方法雖然可減少部分設(shè)備投入， 但由于其機(jī)械特性較軟， 不易控制， 易出現(xiàn)高速誤操 作， 且多次通斷電動(dòng)機(jī)電源對(duì)機(jī)械和電氣設(shè)備產(chǎn)生 較大的沖擊。微拖爬行是加裝了一套微機(jī)拖動(dòng)裝 置， 在爬行階段將電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)切斷， 接通微拖動(dòng)電機(jī)， 從而獲得要求的爬行速度。此種方法使微拖動(dòng)

3、電機(jī)運(yùn)行在自然特性曲線L， 特性很硬， 運(yùn)行速度穩(wěn)定 ， 但需加裝一套輔助設(shè)備和壓氣能源， 且占地面積大。低頻拖動(dòng)是通過(guò)增加一套低頻電源裝置實(shí)現(xiàn)電 動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電制動(dòng)和低頻爬行， 而不需要與動(dòng)力 制動(dòng)配合即可獨(dú)立完成減速和爬行階段， 不但制動(dòng)性能好， 而且爬行速度穩(wěn)定。從低頻拖動(dòng)裝置的實(shí)際運(yùn)行效果看， 意義深遠(yuǎn)。本文重點(diǎn)介紹低頻拖動(dòng) 的技術(shù)原理和效果分析。 2 低頻拖動(dòng)原理 低頻拖動(dòng)是由低頻電源供電的頻率控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)低頻發(fā)電制動(dòng)和低頻爬行，并可比較經(jīng)濟(jì)合理地兼顧減速和爬行兩個(gè)階段。由交流異步電動(dòng)機(jī)的 工作原理， 其同步轉(zhuǎn)速和電源頻率，關(guān)系式為： n =6 0f/p 式中： P一極對(duì)數(shù)。 由

4、公式可知， 當(dāng)電源頻率，降低時(shí)， 電動(dòng)機(jī)的同 步轉(zhuǎn)速 n也隨之下降。其機(jī)械特性曲線如圖 1所 示 。 ( 1 )技術(shù)分析由圖 1 分析： 等速階段主電機(jī)以 。 轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)減速開(kāi)始時(shí)， 提升電動(dòng)機(jī)從 5 0H z電源切斷， 經(jīng)過(guò) 0.5S的消弧時(shí)間后， 給電動(dòng)機(jī)加入 3H z 左右的低 頻電源且接人大量電阻， 電動(dòng)機(jī)由0.5s 的自由滑 行被牽人低頻運(yùn)行曲線，進(jìn)入再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)， 此 時(shí)制動(dòng)點(diǎn)落在圖中的 a點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)發(fā)出負(fù)力進(jìn)行制 動(dòng)。根據(jù)電流或時(shí)間原則， 當(dāng)速度降到 b點(diǎn)附近時(shí) 切除一段電阻， 又進(jìn)入另一條特性曲線的 C 點(diǎn)， 然后 又減速到d點(diǎn)再切除一段電阻， 其余類(lèi)推， 最后將電 阻

5、全部切除 制動(dòng)曲線就是沿著a、b、c、d、e、f、g、h、i 到達(dá)自然特性曲線 2上， 經(jīng)過(guò)同步轉(zhuǎn)速點(diǎn) n自然 過(guò)渡到爬行速度 n。然后提升電動(dòng)機(jī)在低頻 自然 特性曲線上按電動(dòng)狀態(tài)連續(xù)、 低速、 穩(wěn)定運(yùn)行至停車(chē) 位置， 完成爬行階段。由于提升電動(dòng)機(jī)在減速時(shí)轉(zhuǎn) 子回路接人了大量電阻， 電動(dòng)機(jī)是運(yùn)行在再生發(fā)電 制動(dòng)區(qū)內(nèi)， 故提升機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能后， 大部分消耗在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)， 不需另加直流電源裝置即可獲得明顯的動(dòng)力制動(dòng)的效果， 且可消除提升機(jī)失控現(xiàn) 象， 大大提高了提升機(jī)的正常安全運(yùn)行性能。 ( 2 )主要特點(diǎn) 1 )減速階段可保證提升機(jī)較準(zhǔn)確地按給定速 度圖運(yùn)行， 不儀節(jié)約電能， 而且制動(dòng)性能

6、好， 達(dá)到安 全可靠。 2 )低頻發(fā)電制動(dòng)減速到低頻爬行是一種 自然 過(guò)渡， 從根本 消除了提升機(jī)失控現(xiàn)象， 也不需要任 何主線路的轉(zhuǎn)換。若動(dòng)力制動(dòng)方式， 只能解決制動(dòng) 減速而不能解決爬行問(wèn)題 ， 在爬行階段需另設(shè)微機(jī) 拖動(dòng)裝置或采用脈沖爬行。 3 )低頻電源供電時(shí)， 提升電動(dòng)機(jī)可以在 自然特 性曲線上按發(fā)電制動(dòng)、 電動(dòng)狀態(tài)連續(xù)低速、 穩(wěn)定運(yùn) 行， 可避免爬行段二次給電造成的高速誤操作。 4 )低頻拖動(dòng)的機(jī)械特性較硬、 爬行速度穩(wěn)定、 容易控制， 而且速度可控制在 0.5m/s以下。這樣 可安全可靠地用來(lái)檢查和更換鋼絲繩、 檢查和修理 井筒 、 更換提升水平、 低速下放和提升重物等。 3 經(jīng)濟(jì)

7、效果分析 ( 1 )提高安全運(yùn)行能力 低頻拖動(dòng)在提升機(jī)減速階段， 由再生發(fā)電制動(dòng) 方式代替了動(dòng)力制動(dòng)， 不需另加任何直流電源， 可節(jié) 省一套可控硅整流裝置和輔助設(shè)備， 大大減少了維 修量和設(shè)備配件的投入； 在提升機(jī)爬行階段， 電動(dòng)機(jī) 運(yùn)行在低頻 自然機(jī)械特性曲線上速度穩(wěn)定又易控 制， 可避免二次給電對(duì)機(jī)械、 電氣設(shè)備造成的沖擊和 電傳消耗， 極大提高了提升機(jī)的安全運(yùn)行能力。 ( 2 )節(jié)約電能 以年產(chǎn) 2 5 0 0 t a的集團(tuán)公司為例， 現(xiàn)大多數(shù)提 升機(jī)采用動(dòng)力制動(dòng)方式， 爬行段采用脈沖爬行即二 次給電， 一般情況下每臺(tái)提升機(jī)每天提升時(shí)間平均 為 1 4 h ， 每個(gè)提升循環(huán)時(shí)間平均按 9

8、 0 s 計(jì)算， 提升 機(jī)爬行階段二次給電次數(shù)平均為2 3次， 每次約為1 0 s ， 則每天平均每臺(tái)提升機(jī)在爬行階段二次給電 次數(shù)為： ( 1 4×3 6 0 0÷9 0)×( 23)=1 1 2 01 6 8 0次 每天二次給電時(shí)間為： ( 1 1 2 01 6 8 0)×1 0=1 1 2 0 01 6 8 0 0 s ， 大約 3 1 4 7 h 。 每臺(tái)提升機(jī)裝機(jī)容量平均按 4 0 0 k W計(jì)算， 每 天爬行段二次給電電耗為： ( 3.14.7)×4 0 0= 1 2 4 01 8 8 0 kWh。 低頻拖動(dòng)時(shí)， 其低頻頻率的確定以

9、滿足爬行速 度要求為依據(jù)， 其頻率大小與提升機(jī)最大運(yùn)行速度、 爬行速度及電源數(shù)據(jù)等因素有關(guān)： f1f= f1vc/vmax ( Hz ) 式中 f1 -工頻頻率， H z ； vc-爬行速度， m s ； V m a x -最大速度， m s ； 低頻頻率( 一般在2 4 H z 左右) ，H z 。 低頻拖動(dòng)爬行階段電耗在低頻頻率 確定之 后， 再由下式計(jì)算 ： P l f =p Nkuc f1f / f1式中：P l f-低頻電源容量， k w； p N-提升機(jī)主電機(jī)容量， k W； kuc-電壓補(bǔ)償系數(shù)。 在實(shí)際應(yīng)用中， 頻率越低，kuc取值越大， 一般取 kuc =1.4 5， 取 f = 3 H z ， =5 0H z 則：P l f =p Nkuc f1f / f1=4 0 0X1.45X3÷5 0 =3 4.8k W 每天爬行電耗為： ( 3.1 4.7 )×3 4.8=1 0 8 1 6 4k Wh。 若將交流提升機(jī)的二次給電減速爬行改造成低 頻拖動(dòng)減速爬行， 則每臺(tái)提升機(jī)每天節(jié)約 電能： ( 1 2 4 01 8 8 0 )一( 1 0 81 6 4 )=1 1 3 21 7 1 6 k Wh 。