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摘要：变频器是利用电力半导体器件的能断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。本文对提升绞车进行变频调速系统的改造的方案、控制要点和优点进行了探讨。
关键词：变频器 提升绞车 拖动系统 控制要点
一、引言
变频技术是通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术。而变频器则是利用电力半导体器件的能断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。利用变频器对提升绞车进行控制相对传统控制有许多优点：如节能；容易实现对现有电动机的调速控制；可以实现大范围内的高效连续调速控制；容易实现电动机的正反转切换；可以高频度的起停运转；可以进行电气制动；可以对电动机进行高速驱动；可以适应比较恶劣的工作环境；变频器的电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等。
二、原系统分析
-620轨道下山提升绞车是徐州矿务集团庞庄煤矿庞庄井的咽喉要道，是该矿井安全生产的极其重要的环节，它的正常运行与否直接影响到矿井的产量和人员的安全，它是该矿井的关键设备之一，也是主提升系统的主要组成部分。
该提升绞车以凸轮控制器，五段金属电阻平等切除，隔爆绕线式电动机起动、调速、停止、换向与制动全过程。该电力拖动系统包括馈电开关、线路起动器、换向起动器、凸轮控制器、绞车控制台、减速警铃、过卷开关、绕线式异步电动机，液压站电机等各防爆部件所组成。其系统由于手动控制电器、继电器、接触器及保护元件组成的继电接触式有触点继续控制方式，这种控制只有通和断两种状态，其控制作用是断续的，无法实现自动控制。该系统受元器件设计和制造水平的限制，存在着结构复杂，故障率高，工作稳定性差，精确度低，操作难度大，运行成本高，安全性能低等缺陷。在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式，机械特性较差，调速不够平滑，所串电阻长期发热浪费能量。综上所述原设备存在的主要缺点如下：
（1）拖动电动机容量大，起动时电流对电网冲击大，电能浪费严重。
（2）提升机的起动、调速、停止速度过快，而且都是惯性负载，机械冲击也较大，机械设备使用寿命缩短，设备运行可靠性较低。
（3）由于提升机电机一直在额定转矩下工作，而提升的负载是变化的，因此容易造成比较大的电能浪费。
（4）提升机每天需进行大量的提升操作，由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中主要控制元件凸轮控制器来接入和断开电动机转导上串接的电阻，切换十分频繁，在电流比例大的状态下，容易烧坏触头。同时因转子回路串接的铜电阻长时间通电发热、振动等原因经常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。
（5）提升机起动的瞬间，电机有时会受力不均匀、易过载，容易直接造成电机损坏或钢丝绳断裂。
（6）提升机的操作人员经常性的反复操作，提升机的电器元件和电动机始终处于大电流工作状态，降低了电器元件和电动机的使用寿命。
（7）提升机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程序来完成，由于工作制动手柄与凸轮控制器之间没有固定的联系，在提升机工作时操作人员劳动强度比较大，容易疲劳，易产生误操作。
针对上述不足，本次技术改造对提升绞车采用先进的可编程控制技术PLC和变频器技术，以程序控制取代继电器、接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，进而实现了提升绞车的自动化控制。
三、改造方案
交流电动机的调速方式很多，针对上述现有技术存在的不足，综合各种性能最佳者为变频调速方式。
1、拖动系统
（1）电动机选型
原设备系统采用的是绕线式异步电动机，出于经济方面考虑，通过短接转子回路进行使用。
（2）调速方式
采用目前国际先进技术具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后转速可以分档控制，一般采用3段速度运行，由低到高自由切换。
（3）制动方式
采用再生制动，直流制动和盘形闸制动相结合的方法。首先，通过变频调速系统的再生制动和直流制动把运动中的矿车的运动速度迅速而准确地降到零（使它们停止），再利用盘形闸块制动。
2、变频调速系统的控制要点
提升绞车拖动系统的控制动作包括：绞车的速度档位及升降等，可以通过可编程控制器（PLC）进行无触点控制。
绞车控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。在盘形闸抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生矿车由停止状态下滑的现象，称为溜钩。
防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：
（1）盘形闸在抱住和松开之间是需要时间的，大约0.6s。因此，变频器过早地停止输出，将容易出现溜钩。
（2）变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以避免发生“过流”而跳闸的误动作。为此具体控制方法如下：
1）绞车停止的控制过程。①设定一个“停止起始频率”FBS，当变频器的工作频率下降到FBS时，变频器将输出一个“频率到达信号”，发出盘形闸抱闸指令；②设定一个FBS的维持时间TBB，TBB长短应略大于盘形闸从松开到抱闸所需要的时间；③变频器将工作频率下降到零。
2）绞车升降的过程。①设定一个“升降起始频率”FRD，当变频器的工作频率上升到FRD时，将暂停上升。为了确保当盘形闸松开后，变频器已经能控制住重物的升降而不会溜钩，所以，在工作达到FRD的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需要的时间TRC。②当变频器确认已经有足够大的输出电流时，将发出一个“松开指令”，使制动电磁铁开始通电。③设定一个FRD维持时间TRD，TRD的长短应略大于盘形闸从停止到完全松开所需要的时间。④变频器将工作频率上升到所需频率。
3）变频器的直流制动励磁功能。之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的转矩。
四、提升绞车采用变频调速的优点和系统介绍
1、变频调速控制系统的优点：
⑴变频调速控制系统的保护功能强。①变频调速以其体积小，通用性强，动态响应快、工作频率高、保护性能完善，可靠性好。使用方便等卓越的性能而优于以往任何调速方式。②使用变频器控制电机的运行控制，可以进行电机的软启动，而让电机具有很快的动态响应并且实现无级调速，另外对电机的参数做到补偿，对电源的缺相、欠压、过压、过流等都做到很及时、很准确的检测，而且能自动采取应变措施保护电机。
⑵工作可靠性显著提高，主要有几个方面：①原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的，采用变频调速后，可以在基本停止住的状态下进行抱闸，闸块的磨损情况大为改善。②采用变频调速后，操作手柄的受力将大大的减小，不容易损坏。③控制系统的故障率大为下降，原系统是由较为复杂的接触器、继电器系统进行控制，故障率较高，采用了变频调速控制后，控制系统可大大简化，可靠性大为提高。
⑶节能效果十分可观，绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内消耗大量的电能，采用变频调速后，非但外接电阻内消耗的大量的电能可以完全节约，并且在绞车下放重物时，还可以将重物释放的位能反馈给电源。
五、结束语
绞车通过变频改造一年多以来，设备运行正常。变频调速系统的改造一方面节能降耗，一方面很好的改善提升机的调速性能，提高系统的安全可靠性和提升效率，减少了故障及检修时间，取得了较大的经济效益和安全效益。
参考文献
[1]S7系列PLC与变频器综合应用技术/刘瑞华编著，北京：中国电力出版社，2009
[2]矢量控制装机装柜型逆变器（DC-AC）说明书，西门子（中国）有限公司
关键词：变频器 提升绞车 拖动系统 控制要点
一、引言
变频技术是通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术。而变频器则是利用电力半导体器件的能断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。利用变频器对提升绞车进行控制相对传统控制有许多优点：如节能；容易实现对现有电动机的调速控制；可以实现大范围内的高效连续调速控制；容易实现电动机的正反转切换；可以高频度的起停运转；可以进行电气制动；可以对电动机进行高速驱动；可以适应比较恶劣的工作环境；变频器的电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等。
二、原系统分析
-620轨道下山提升绞车是徐州矿务集团庞庄煤矿庞庄井的咽喉要道，是该矿井安全生产的极其重要的环节，它的正常运行与否直接影响到矿井的产量和人员的安全，它是该矿井的关键设备之一，也是主提升系统的主要组成部分。
该提升绞车以凸轮控制器，五段金属电阻平等切除，隔爆绕线式电动机起动、调速、停止、换向与制动全过程。该电力拖动系统包括馈电开关、线路起动器、换向起动器、凸轮控制器、绞车控制台、减速警铃、过卷开关、绕线式异步电动机，液压站电机等各防爆部件所组成。其系统由于手动控制电器、继电器、接触器及保护元件组成的继电接触式有触点继续控制方式，这种控制只有通和断两种状态，其控制作用是断续的，无法实现自动控制。该系统受元器件设计和制造水平的限制，存在着结构复杂，故障率高，工作稳定性差，精确度低，操作难度大，运行成本高，安全性能低等缺陷。在原传动控制中，采用转子串接电阻的调速方式，机械特性较差，调速不够平滑，所串电阻长期发热浪费能量。综上所述原设备存在的主要缺点如下：
（1）拖动电动机容量大，起动时电流对电网冲击大，电能浪费严重。
（2）提升机的起动、调速、停止速度过快，而且都是惯性负载，机械冲击也较大，机械设备使用寿命缩短，设备运行可靠性较低。
（3）由于提升机电机一直在额定转矩下工作，而提升的负载是变化的，因此容易造成比较大的电能浪费。
（4）提升机每天需进行大量的提升操作，由于绕线式电机调速是通过电气驱动系统中主要控制元件凸轮控制器来接入和断开电动机转导上串接的电阻，切换十分频繁，在电流比例大的状态下，容易烧坏触头。同时因转子回路串接的铜电阻长时间通电发热、振动等原因经常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高，维修工作量比较大。
（5）提升机起动的瞬间，电机有时会受力不均匀、易过载，容易直接造成电机损坏或钢丝绳断裂。
（6）提升机的操作人员经常性的反复操作，提升机的电器元件和电动机始终处于大电流工作状态，降低了电器元件和电动机的使用寿命。
（7）提升机工作的协调性主要靠操作人员的熟练程序来完成，由于工作制动手柄与凸轮控制器之间没有固定的联系，在提升机工作时操作人员劳动强度比较大，容易疲劳，易产生误操作。
针对上述不足，本次技术改造对提升绞车采用先进的可编程控制技术PLC和变频器技术，以程序控制取代继电器、接触器控制，交流电动机调速方式采用变频调速，进而实现了提升绞车的自动化控制。
三、改造方案
交流电动机的调速方式很多，针对上述现有技术存在的不足，综合各种性能最佳者为变频调速方式。
1、拖动系统
（1）电动机选型
原设备系统采用的是绕线式异步电动机，出于经济方面考虑，通过短接转子回路进行使用。
（2）调速方式
采用目前国际先进技术具有矢量控制功能的变频调速系统。变频后转速可以分档控制，一般采用3段速度运行，由低到高自由切换。
（3）制动方式
采用再生制动，直流制动和盘形闸制动相结合的方法。首先，通过变频调速系统的再生制动和直流制动把运动中的矿车的运动速度迅速而准确地降到零（使它们停止），再利用盘形闸块制动。
2、变频调速系统的控制要点
提升绞车拖动系统的控制动作包括：绞车的速度档位及升降等，可以通过可编程控制器（PLC）进行无触点控制。
绞车控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制。在盘形闸抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生矿车由停止状态下滑的现象，称为溜钩。
防止溜钩的控制需要注意的关键问题是：
（1）盘形闸在抱住和松开之间是需要时间的，大约0.6s。因此，变频器过早地停止输出，将容易出现溜钩。
（2）变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以避免发生“过流”而跳闸的误动作。为此具体控制方法如下：
1）绞车停止的控制过程。①设定一个“停止起始频率”FBS，当变频器的工作频率下降到FBS时，变频器将输出一个“频率到达信号”，发出盘形闸抱闸指令；②设定一个FBS的维持时间TBB，TBB长短应略大于盘形闸从松开到抱闸所需要的时间；③变频器将工作频率下降到零。
2）绞车升降的过程。①设定一个“升降起始频率”FRD，当变频器的工作频率上升到FRD时，将暂停上升。为了确保当盘形闸松开后，变频器已经能控制住重物的升降而不会溜钩，所以，在工作达到FRD的同时，变频器将开始检测电流，并设定检测电流所需要的时间TRC。②当变频器确认已经有足够大的输出电流时，将发出一个“松开指令”，使制动电磁铁开始通电。③设定一个FRD维持时间TRD，TRD的长短应略大于盘形闸从停止到完全松开所需要的时间。④变频器将工作频率上升到所需频率。
3）变频器的直流制动励磁功能。之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的转矩。
四、提升绞车采用变频调速的优点和系统介绍
1、变频调速控制系统的优点：
⑴变频调速控制系统的保护功能强。①变频调速以其体积小，通用性强，动态响应快、工作频率高、保护性能完善，可靠性好。使用方便等卓越的性能而优于以往任何调速方式。②使用变频器控制电机的运行控制，可以进行电机的软启动，而让电机具有很快的动态响应并且实现无级调速，另外对电机的参数做到补偿，对电源的缺相、欠压、过压、过流等都做到很及时、很准确的检测，而且能自动采取应变措施保护电机。
⑵工作可靠性显著提高，主要有几个方面：①原拖动系统是在运动的状态下进行抱闸的，采用变频调速后，可以在基本停止住的状态下进行抱闸，闸块的磨损情况大为改善。②采用变频调速后，操作手柄的受力将大大的减小，不容易损坏。③控制系统的故障率大为下降，原系统是由较为复杂的接触器、继电器系统进行控制，故障率较高，采用了变频调速控制后，控制系统可大大简化，可靠性大为提高。
⑶节能效果十分可观，绕线转子异步电动机在低速运行时，转子回路的外接电阻内消耗大量的电能，采用变频调速后，非但外接电阻内消耗的大量的电能可以完全节约，并且在绞车下放重物时，还可以将重物释放的位能反馈给电源。
五、结束语
绞车通过变频改造一年多以来，设备运行正常。变频调速系统的改造一方面节能降耗，一方面很好的改善提升机的调速性能，提高系统的安全可靠性和提升效率，减少了故障及检修时间，取得了较大的经济效益和安全效益。
参考文献
[1]S7系列PLC与变频器综合应用技术/刘瑞华编著，北京：中国电力出版社，2009
[2]矢量控制装机装柜型逆变器（DC-AC）说明书，西门子（中国）有限公司