礦用提升機制動電阻與變頻控制柜

       一、概述
      礦井提升機廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井的提升系統用作提升礦物和物料及設備等，是礦井系統設備的咽喉，在整個生產過程中，占有非常重要的地位，礦用生產是24小時連續作業，即使短時間的停機維修也會給生產帶來很大損失。因此，設備的安全可靠運行就顯的特別重要。目前的電控系統存在著很多的不足，礦用提升機的技術改造要求迫在眉睫。
 
　　變頻調速是近年來發展起來的一門新興的自動控制技術，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現了交流電動機大范圍的無級平滑調速，在運行過程中能隨時根據電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態，在整個調速范圍內均有很高的效率，節能效果明顯。
　　　
　　采用變頻器對異步電動機進行調速控制，由于使用方便、可靠性高并且經濟效益顯著，所以得到廣泛應用。因此，應用礦用提升機專用變頻器，對提升機原有控制系統進行改造，將成為歷史的必然趨勢。

      二、傳統提升機電控系統
      1、礦用提升機電力拖動系統
      目前全國各類礦山的提升機（絞車）多采用交流繞線式異步電動機轉子串制動電阻調速方案，用交流接觸器進行速度段切換，這種調速方式在低同步狀態沒有制動力矩，而提升工藝要求拖動系統在低速爬行段能夠工作在制動狀態（下放重物）或電動狀態（提升重物）。

      2、傳統提升機電控系統存在的不足
      擋位調節，調速不連續，運行中機械振動大，礦車沖擊大，制動不安全；啟動及換擋時沖擊電流大，啟動電流一般是額定電流的1.7倍，有時會更大，如果加速快，甚至會引起總開關跳閘；調速時大量的電能消耗在制動電阻上，浪費嚴重，造成工作環境惡劣，空間噪聲大；維修量大，不方便。由于操作時交流接觸器頻繁動作，易造成觸點及線圈的燒壞，轉子更換碳刷頻繁；耽誤生產。礦井是連續24小時工作，生產量大，任務繁重，由于電控系統設計落后，制造工藝落后，即使是短時間的維修，也會給生產帶來損失。

      三、配有礦用提升機專用變頻器的提升機電控系統
      變頻系統甩掉了原電控調速用的交流接觸器及調速電阻，提高了系統的可靠性，改善了操作人員的工作環境，使噪音及室溫降低了很多。調速連續方便，分段預置，連續平滑調節。實現了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運行更加平穩，機械沖擊小。
   
      啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩無級平滑地升至最高速，也沒有大電流出現，大大地減小了對電網的沖擊。增加了直流制動功能，使重車停車時更加平穩，有效避免了“溜溝”現象。
   
      采用能耗制動電阻、回饋制動單元或超級電容吸收技術，成功解決了位能負載在快速、減速或急停時的再生發電能量處理問題，保證了變頻器的安全運行。轉矩補償達到規范要求，重車啟動正常。節能效果顯著。據實測，在低速段節能明顯，一般可達到30%左右。而且礦井越淺，低速段運行時間越長，節能效果越明顯。采用變頻控制后，原繞線式電機可改為普通電機，這不但降低了成本，普通電機比繞線式電機可節約投資1/3，而且電機維護方面，避免了轉子炭刷的燒損及維護。
   
      四.礦井提升機專用變頻器的特點
      礦用電網波動較大，變頻器在（380V-10KV）±20% 能正常工作。運行平穩，加減速平滑，運行速度曲線加速段、減速段為S型，在加減速過程中可做到加速度連續，無撞擊感。
 
      對回饋能量的處理方法：回饋制動單元，帶有能量回饋單元。將制動時產生的再生能量回饋到電網。變頻器在整個工作過程中提供所需要的力矩特性：啟動力矩大于2倍額定轉矩，尤其是當礦車停在井筒中間時，啟動轉矩比額定轉矩大得多。低頻轉矩在6HZ時大于1.6倍額定轉矩。
  
      有足夠的加速力矩，適應重車提升時的加速過程。運行過程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現鋼絲繩絞繩，會引起電機力矩的 跳變，變頻器能承受這種跳變。運行過程中若出現偶然事件，要求快速停車時能給出大于額定轉矩的制動力矩，這時會有較大的能量饋送給變頻器。停車狀態下，能給出大于額定轉矩的制動力矩，防止重車下滑。

       五.變頻器技術指標
       變頻器容量：90KW-400KW/380V；頻率范圍：2-50HZ分段予置，連續調節；工作電壓范圍：380V±20%；過載能力：160%額定電流，允許1分鐘；220%額定電流，允許1.5秒。轉矩特性：啟動轉矩，大于2倍額定轉矩；低頻轉矩，6HZ時大于1.6倍額定轉矩；制動轉矩大于額定轉矩。

      兩種制動方式：直流制動；回饋制動，帶有能量回饋單元，將制動時產生的再生能量回饋給電網。除一般變頻器所具有的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等多種保護功能外，具有開機連鎖保護、自動限速保護功能等。在各種不利情況下，能夠避免事故、確保安全。遠距離操作及顯示，能顯示多種設置參數及運行參數。

      六、幾種特殊功能的實現
      1、對再生能量的處理：變頻器的主回路采用雙向逆變方案。原理示意圖如圖示。                 

      2、直流制動的作用：提升機配用變頻器，直流制動電阻功能對系統的安全運行起重要作用。當重車在井筒中間停車時，變頻器由高速平滑地降到低速，隨之施加一直流制動信號使絞車停止，當機械制動起作用后方可去掉直流制動電阻信號，使重車靠機械抱閘的作用停在中間。

      啟動時，先對電機施加一直流制動信號，當檢測到機械抱閘打開時，方可去掉直流制動信號，加上啟動電壓，絞車轉動。機械抱閘抱緊狀態一直在變頻器檢測下，一旦機械抱閘打開，馬上給電機施加直流制動信號，確保重車不可能下滑，要絕對避免“溜勾”現象。

      3、為了盡量減小運行過程中的機械沖擊，在變頻器啟動與停止過程中，最好做到加速度是連續的，即運行和速度曲線是平滑的，即通常所說的S形（在加速段、減速段速度曲線）加、減速曲線，見圖4。

      當井下及井口停車傾角很小時（約30），這時要求絞車運行速度很低，否則會出現“松繩”現象。另外根據井筒中軌道情況，要求變頻器能以不同的頻率工作。根據現場情況，變頻器可設置5個頻率段。例如設置6HZ、15HZ、25HZ、35HZ、50HZ 5個不同的速度。主令控制器的不同位置，對應不同的直流控制電壓，也即對應不同的運行頻率。

     4、自動限速保護：當運行接近終點時，給出一個減速信號，接到減速信號后，若主令控制器已經操作減速，則變頻器按照主令控制器的操作改變運行速度。若收到減速信號后，主令控制器沒有正常操作，則自動啟動機內的自動減速程序，將變頻器的工作頻率按預定要求逐步變為低速運行。這對預防“過卷”是十分必要的。此外，絞車帶有測速發電機，當測速發電機給出超速信號時，變頻器也能自動減速。

     5、連鎖開機功能：絞車開機必須按照給出的命令操作，當給出“上行”或“下行”命令時，若操作人員的操作與命令不符，連鎖功能對此操作不響應，變頻器不啟動，連鎖功能是保證安全運行的重要措施。

      七、變頻改造后的經濟效益分析
      1.變頻器在低速段運行時節能顯著，由于提升機在井口及井底時都處于低速運行，根據現場情況，一般設置升速點及減速點分別在70—100m左右，因此其低速運行段大約在140—200m，根據坡長的不同，其低速段約占30%左右，其綜合節電率約在20%左右。

      2.采用變頻控制后，由于設置直流制動，在運行時油閘全敞開，減輕了原工頻控下的磨損，油閘只是作為一種輔助設施，在電機停穩后或在急停時快速抱閘用，據測算，該項損耗大大減低，每年也可節省2—3萬元。

      3.原工頻控制采用交流接觸器進行速度段切換，用制動電阻調速，而變頻控制則將其全部甩掉，不但節省了投資，也增加了可靠性，原用接觸器及制動電阻，每2—5個月即可更換一次，維修費用大，而且耽誤生產。

　　4.采用回饋制動，其再生能量能回收利用，這也節約了一部分電能。綜上所述，其綜合經濟效益是十分明顯。