论文部分内容阅读
【摘 要】 变频技术具有启动平稳、调速功能好、节能降耗的特点，在矿井提升机中广泛被应用。本文主要就变频器在矿井提升机中的应用进行分析，同时对选择变频器应注意的事项进行探讨。
【关键词】 变频器;矿井提升机;应用
一、提升机电控系统现状
提升机电控系统主要分为交流和直流2种。交流提升机电控系统主要有3种形式：（1）串电阻调速电控系统，由绕线电机+串电阻调速+PLC安全工艺控制组成;（2）高压变频调速系统，由具有能量回馈特性的四象限高压变频调速装置+相关电器组成;（3）基于晶闸管交交变频调速系统，适用于大功率、低速控制场合。全数字直流调速系统以微处理器为核心，由数字调节单元、晶闸管变流器、电抗器、变流变压器和直流快速开关等组成。变频技术的出现，在很大程度上冲击着直流调速，但由于全数字直流调速系统的出现，提高了直流调速系统的精度和可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要的地位。
矿井提升机即可正向和反向提升，又可正向和反向下放，因此提升机对电控系统有较高要求。目前国内广泛使用的交流PLC提升机电控系统设计思路基本参照TKD系统，硬件减速开关安装在牌坊式深度指示器上，井筒开关设置及系统行程校正方式不合理。交流提升机控制系统无法真实反映游动滚筒所带容器实际位置，在打离合、对绳等特殊作业时，需要检修工、司机谨慎操作。目前，在矿井提升机领域应用较多的是异步电动机交-直-交变频和大惯量低速同步电动机的交-交变频两大类。与直流电动机相比，这2类具有维护量小、结构简单、使用方便、价格低廉等优点。
二、变频技术的特点
（1）启动平稳
由于矿井下作业的特点，大部分作业设备都位于井下，这就对煤矿供电系统提出了更高的要求。但大部分煤矿的供电系统在长期的运行过程中都有很多不足的地方，这些不足的地方将直接影响到设备在启动时的电压瞬间下降，电流突增，这种情况将直接影响到井下作业设备的运行，甚至烧毁部分设备，为井下事故的发生埋下了不安全隐患。目前利用变频技术将使这一问题得到有效的解决，变频技术在启动时会产生较大的转矩，电压不会产生波动，保证了启动时设备的平稳运行，是十分安全可靠的。
（2）调速功能好
通过变频对电机控制主要是根据电机负荷的变化和实际工艺参数的变化，来实现电机的转速调整，从而达到电机运行的稳定性。这样不仅降低了电机的损耗，还能使调速系统自动补偿，提高了电网系统的功率因素，降低了无功损耗，可靠、高效。
（3）节能降耗
变频技术通过改善工艺流程，提高产品质量性能，使得电机所需的物料流量、压力达到最佳参数，不仅减少了不必要的浪费，而且还降低了调速本身的消耗，节省了稳定速度设备和反馈控制设备。
三、变频调速系统总体结构
变频器+PLC变频调速是通过改变电子供电频率达到电机调速的目的，其变频控制方式为矢量变频调速控制。变频调速可确保矿井提升机在特殊工作环境下的机械特性基本与自然机械特性平行，并有较好的节能效果。PLC可对提升系统进行监控和保护，使整个系统更加安全可靠。PLC的主要作用是对提升系统进行保护和监控，提高整个系统的安全性和可靠性。
整个系统由动力装置、变频器、控制监视系统、液压站和操作台组成，总体结构如图1所示。
图1 变频调速系统总体结构图
动力装置由主电机、减速器、卷筒、制动器和底座组成，完成人、物和料的输送;变频调速器可将输入工频电能转换成频率可调的电能，并提供给交流电动机控制其转速。控制监视系统可在线监测整个系统正常工作和故障时的相关参数，在整个系统中起桥梁作用;液压站为提升机提供制动力;操作台是整个系统的控制核心，设置用于制动力给定和速度辅助给定的2个手柄，可对提升机的启动、加减速、平稳运行及停车等各项工作进行控制;液压站为提升机提供制动力，保证系统安全可靠地工作。
四、变频器在矿井提升机中的应用
（一）变频器提升机系统的控制方式
1、开环控制方式
系统的开环控制包括脚踏验绳方式、脚踏制动方式、低频爬行方式三种。在脚踏验绳与脚踏制动方式这两种开环控制方式下，变频器的输出电压大小由踏板带动的自整脚机输出的信号决定，所以司机可以确定变频器需要输出的低频电压。而低频爬行方式是在完成低频制动后同时满足爬行点速度后，输入低频爬行信号，完成低频制动，要预先设定变频器的低频电压输出。
2、闭环控制
闭环控制方法是一种提升机基本的控制方法，当需要提升机进行低频制动时，在这一阶段高压电机的模拟速度信号将会作为提升机变频器的输入信号，低频电压输出信号与变频器内的正（反）转信号都处于闭合的状态，此外其他的信号都是在断开的状态。运行时，在低频电压输出信号闭合的瞬间变频器会对电压信号的数值进行模拟，再运用指定的运算方法将其转换成在高压断开时高压电机的瞬间速度。按照事先设定的制动时间与减速曲线斜率，低频制动完成时提升机的速度变化曲线。变频器在确保输出频率不变的基础上，按照實际的速度变化与曲线分析，以控制自身的输出电压，从而实现提升机根据预先设定的方式与速度进行制动的目标。
（二）低频运行系统的控制
低频运行系统控制矿井的主井提升系统使用的是ACS6000系列产品，出于低频制动的要求在系统内设置了特殊的应用软件，这一软件的低频输出频率通过控制面板进行直接的输入，变频器会根据提升机在运行时的状况以及信号输入进行输出电压的调节。在现实的使用过程中，当提升机出于高压使用时，正反转运行信号通过提升机运行方向获得，变频器会根据实际设置的低频输出频率输出电压，输出电压会出于一种“等待”的状态，这时变频器会根据模拟电压的输入值对电机的运行速度进行实时的监视记录，当高压断开时，出于等待状态低频输入电压就会自动输入，变频器会对此时高压电机的运行速度进行记录，并自动生成低频制动和速度的相关曲线，这时，变频器中的交流接触器会在一段时间后闭合，而变频器输出的低频电压就会开始输入到高压电机中去。由于刚开始时变频器生成的制动曲线和电机的实际速度相差较小，变频器输出的电压也较低，制动反馈的能量也较小。同时外部的速度检测器也将根据提升机的实际速度，逐级切除高压电机转子上的电阻，确保具有足够的制动力矩。 五、变频器在矿井提升机中的应用效果分析
煤矿矿井提升系统中采用某公司的变频器，在主井（ACS6000系列产品）及副井（DCS系列产品）提升机中取得了明显的效果。在提升机下行制动时，低频电源没有投入前高压切除后，提升机由重物牵引自由滑行符合一定的速度，当低频电压投入后，提升机的制动转矩快速加大。同时提升机上行制动时也能够满足相同的效果，都是在低频电源投入后，提升机的制动能完全根据预先设置的曲线运行，实现平稳可靠的制动效果。在提升机上采取低频制动方式后能够减少系统的制动时间，使提升机的运行效率有很大的提高，并且该低频制动系统还有效的改进了转爬行的平稳性，提高了系统运行的可靠性与安全性。
六、选择变频器应注意的事项
变频器，尤其是高压变频器价格很贵，若选择不合理，满足不了提高生产效率与节电的目的，致使导致不必要的麻烦与损失与浪费。一般最低转速高于额定转速的50%，通常调速范围在100%-70%之间最佳，由于当转速不高于额定转速的40%-50%时，电机本身的效率显著下降，是不经济的;确定调速范围时，需要注重避免机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将会对机组造成损坏。
可行性分析：在选择要进行的变频调速的设备对象之后，需要从提高产品质量或提高效率的需要状况，从节约电能的状况进行计算、分析，同时和变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。通常而言，若可以从提高效率、提高产品质量或从节约的电费等方面获得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都是可行的。并且还需要分析外部条件是否符合變频器的使用要求。可靠性分析：变频器的可靠性好坏，对变频器能否成功地应用于生产起到决定性的作用，这是选择哪种变频器的先要条件。一些矿所购买的变频器可靠性低，再加自身的维修技术力量不高，变频器发生故障，只能停用，甚至弃用。导致损失，并且也为变频器的继续推广应用带来很大的负面影响。
七、结束语
煤矿企业是一个能耗较高的行业，变频技术的应用促进了煤矿企业的节能减排的进行，煤矿矿井提升机的制动系统因应用了这个变频器改造软件后，在制动曲线方面有了较大改进，在转爬行时无任何冲击，从而促进系统稳定进行。
参考文献：
[1]冯亚飞.高压变频器在矿井提升机的应用探析[J].时代报告：学术版，2012（10）.
[2]吴春雷.浅谈PLC控制器在矿井提升机上的应用[J].民营科技，2013（08）.
【关键词】 变频器;矿井提升机;应用
一、提升机电控系统现状
提升机电控系统主要分为交流和直流2种。交流提升机电控系统主要有3种形式：（1）串电阻调速电控系统，由绕线电机+串电阻调速+PLC安全工艺控制组成;（2）高压变频调速系统，由具有能量回馈特性的四象限高压变频调速装置+相关电器组成;（3）基于晶闸管交交变频调速系统，适用于大功率、低速控制场合。全数字直流调速系统以微处理器为核心，由数字调节单元、晶闸管变流器、电抗器、变流变压器和直流快速开关等组成。变频技术的出现，在很大程度上冲击着直流调速，但由于全数字直流调速系统的出现，提高了直流调速系统的精度和可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要的地位。
矿井提升机即可正向和反向提升，又可正向和反向下放，因此提升机对电控系统有较高要求。目前国内广泛使用的交流PLC提升机电控系统设计思路基本参照TKD系统，硬件减速开关安装在牌坊式深度指示器上，井筒开关设置及系统行程校正方式不合理。交流提升机控制系统无法真实反映游动滚筒所带容器实际位置，在打离合、对绳等特殊作业时，需要检修工、司机谨慎操作。目前，在矿井提升机领域应用较多的是异步电动机交-直-交变频和大惯量低速同步电动机的交-交变频两大类。与直流电动机相比，这2类具有维护量小、结构简单、使用方便、价格低廉等优点。
二、变频技术的特点
（1）启动平稳
由于矿井下作业的特点，大部分作业设备都位于井下，这就对煤矿供电系统提出了更高的要求。但大部分煤矿的供电系统在长期的运行过程中都有很多不足的地方，这些不足的地方将直接影响到设备在启动时的电压瞬间下降，电流突增，这种情况将直接影响到井下作业设备的运行，甚至烧毁部分设备，为井下事故的发生埋下了不安全隐患。目前利用变频技术将使这一问题得到有效的解决，变频技术在启动时会产生较大的转矩，电压不会产生波动，保证了启动时设备的平稳运行，是十分安全可靠的。
（2）调速功能好
通过变频对电机控制主要是根据电机负荷的变化和实际工艺参数的变化，来实现电机的转速调整，从而达到电机运行的稳定性。这样不仅降低了电机的损耗，还能使调速系统自动补偿，提高了电网系统的功率因素，降低了无功损耗，可靠、高效。
（3）节能降耗
变频技术通过改善工艺流程，提高产品质量性能，使得电机所需的物料流量、压力达到最佳参数，不仅减少了不必要的浪费，而且还降低了调速本身的消耗，节省了稳定速度设备和反馈控制设备。
三、变频调速系统总体结构
变频器+PLC变频调速是通过改变电子供电频率达到电机调速的目的，其变频控制方式为矢量变频调速控制。变频调速可确保矿井提升机在特殊工作环境下的机械特性基本与自然机械特性平行，并有较好的节能效果。PLC可对提升系统进行监控和保护，使整个系统更加安全可靠。PLC的主要作用是对提升系统进行保护和监控，提高整个系统的安全性和可靠性。
整个系统由动力装置、变频器、控制监视系统、液压站和操作台组成，总体结构如图1所示。
图1 变频调速系统总体结构图
动力装置由主电机、减速器、卷筒、制动器和底座组成，完成人、物和料的输送;变频调速器可将输入工频电能转换成频率可调的电能，并提供给交流电动机控制其转速。控制监视系统可在线监测整个系统正常工作和故障时的相关参数，在整个系统中起桥梁作用;液压站为提升机提供制动力;操作台是整个系统的控制核心，设置用于制动力给定和速度辅助给定的2个手柄，可对提升机的启动、加减速、平稳运行及停车等各项工作进行控制;液压站为提升机提供制动力，保证系统安全可靠地工作。
四、变频器在矿井提升机中的应用
（一）变频器提升机系统的控制方式
1、开环控制方式
系统的开环控制包括脚踏验绳方式、脚踏制动方式、低频爬行方式三种。在脚踏验绳与脚踏制动方式这两种开环控制方式下，变频器的输出电压大小由踏板带动的自整脚机输出的信号决定，所以司机可以确定变频器需要输出的低频电压。而低频爬行方式是在完成低频制动后同时满足爬行点速度后，输入低频爬行信号，完成低频制动，要预先设定变频器的低频电压输出。
2、闭环控制
闭环控制方法是一种提升机基本的控制方法，当需要提升机进行低频制动时，在这一阶段高压电机的模拟速度信号将会作为提升机变频器的输入信号，低频电压输出信号与变频器内的正（反）转信号都处于闭合的状态，此外其他的信号都是在断开的状态。运行时，在低频电压输出信号闭合的瞬间变频器会对电压信号的数值进行模拟，再运用指定的运算方法将其转换成在高压断开时高压电机的瞬间速度。按照事先设定的制动时间与减速曲线斜率，低频制动完成时提升机的速度变化曲线。变频器在确保输出频率不变的基础上，按照實际的速度变化与曲线分析，以控制自身的输出电压，从而实现提升机根据预先设定的方式与速度进行制动的目标。
（二）低频运行系统的控制
低频运行系统控制矿井的主井提升系统使用的是ACS6000系列产品，出于低频制动的要求在系统内设置了特殊的应用软件，这一软件的低频输出频率通过控制面板进行直接的输入，变频器会根据提升机在运行时的状况以及信号输入进行输出电压的调节。在现实的使用过程中，当提升机出于高压使用时，正反转运行信号通过提升机运行方向获得，变频器会根据实际设置的低频输出频率输出电压，输出电压会出于一种“等待”的状态，这时变频器会根据模拟电压的输入值对电机的运行速度进行实时的监视记录，当高压断开时，出于等待状态低频输入电压就会自动输入，变频器会对此时高压电机的运行速度进行记录，并自动生成低频制动和速度的相关曲线，这时，变频器中的交流接触器会在一段时间后闭合，而变频器输出的低频电压就会开始输入到高压电机中去。由于刚开始时变频器生成的制动曲线和电机的实际速度相差较小，变频器输出的电压也较低，制动反馈的能量也较小。同时外部的速度检测器也将根据提升机的实际速度，逐级切除高压电机转子上的电阻，确保具有足够的制动力矩。 五、变频器在矿井提升机中的应用效果分析
煤矿矿井提升系统中采用某公司的变频器，在主井（ACS6000系列产品）及副井（DCS系列产品）提升机中取得了明显的效果。在提升机下行制动时，低频电源没有投入前高压切除后，提升机由重物牵引自由滑行符合一定的速度，当低频电压投入后，提升机的制动转矩快速加大。同时提升机上行制动时也能够满足相同的效果，都是在低频电源投入后，提升机的制动能完全根据预先设置的曲线运行，实现平稳可靠的制动效果。在提升机上采取低频制动方式后能够减少系统的制动时间，使提升机的运行效率有很大的提高，并且该低频制动系统还有效的改进了转爬行的平稳性，提高了系统运行的可靠性与安全性。
六、选择变频器应注意的事项
变频器，尤其是高压变频器价格很贵，若选择不合理，满足不了提高生产效率与节电的目的，致使导致不必要的麻烦与损失与浪费。一般最低转速高于额定转速的50%，通常调速范围在100%-70%之间最佳，由于当转速不高于额定转速的40%-50%时，电机本身的效率显著下降，是不经济的;确定调速范围时，需要注重避免机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将会对机组造成损坏。
可行性分析：在选择要进行的变频调速的设备对象之后，需要从提高产品质量或提高效率的需要状况，从节约电能的状况进行计算、分析，同时和变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。通常而言，若可以从提高效率、提高产品质量或从节约的电费等方面获得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都是可行的。并且还需要分析外部条件是否符合變频器的使用要求。可靠性分析：变频器的可靠性好坏，对变频器能否成功地应用于生产起到决定性的作用，这是选择哪种变频器的先要条件。一些矿所购买的变频器可靠性低，再加自身的维修技术力量不高，变频器发生故障，只能停用，甚至弃用。导致损失，并且也为变频器的继续推广应用带来很大的负面影响。
七、结束语
煤矿企业是一个能耗较高的行业，变频技术的应用促进了煤矿企业的节能减排的进行，煤矿矿井提升机的制动系统因应用了这个变频器改造软件后，在制动曲线方面有了较大改进，在转爬行时无任何冲击，从而促进系统稳定进行。
参考文献：
[1]冯亚飞.高压变频器在矿井提升机的应用探析[J].时代报告：学术版，2012（10）.
[2]吴春雷.浅谈PLC控制器在矿井提升机上的应用[J].民营科技，2013（08）.