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变频器在矿山提升中的应用

调速-论文网

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论文摘要：本文从生产实际出发，针对当前提升机采用的绕线电机串电阻调速，用交流接触器实现速度段切换的控制方式存在的弊病，提出了用变频器调速来改进的措施，同时考虑到节能的进一步要求，结合企业生产的实际状况，采用了专门的回馈单元，使改造取得了良好效果。

论文关键词：调速,变频器,能量回馈

1、引言

在煤矿生产中,矿井提升机担负着提升矿物和物料及设备的繁重工作，是矿井系统设备的咽喉，在整个生产过程中，占有非常重要的地位，一旦出现故障，就将影响全矿的生产，给生产带来很大损失。因此，设备的安全可靠运行就显的特别重要。目前的电控系统存在着很多的不足，矿用提升机的技术改造要求迫在眉睫。

2、提升机电控系统现状分析

目前全国各类矿山的提升机（绞车）多采用交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方案，用交流接触器进行速度段切换，形成了低速降压启动、档位切换加速、全速运行、档位切换减速、低速降压停车的工作过程。这种运行方式存在明显的缺点，主要体现在以下几个方面:

(1)大量的电能消耗在转子电阻上，造成了严重的能源浪费。

当料车空车下放时，电机的转速超过了同步转速，电机处于发电状态，由于没有能量处理环节，大量的电能消耗在转子电阻上，致使电机能耗增加，不但浪费大量的电能，而且使电机铜损、铁损增加，增大了电机的维修费用。

(2)控制系统采用绕线电机转子串电阻的方式进行调速，不仅将大量的转差功率消耗在转子电阻上，浪费了大量电能，同时电阻器的安装需要占用很大的空间，增加了机房建设费用。

(3)这种切换转子电阻调速的控制系统复杂，导致系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，直接影响了提升机的生产效率。

(4)低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速控制，导致调速不连续、速度控制性能较差。

(5)启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现掉道现象。

(6)自动化程度不高，增加了开采成本，影响了矿山产量。

(7)低电压和低速段的启动力矩小，机械特性比较软，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。

针对以上这些问题，煤矿决定对原系统进行改造。采用技术含量较高的变频调速，替代原来的绕线电机串电阻调速，通过变频调速实现电机的软启动、软停车，连续平滑调速的生产要求，同时考虑到节能减排的时代背景,拟采用带能量回馈的单元的四象限运行变频器，将电机在发电状态下的再生电能回送电网，降低电能消耗，节约电能。

3、改进后采用矿用变频器控制的特点

(1)、变频系统甩掉了原电控调速用的交流接触器及调速电阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的工作环境，使噪音及室温降低了很多。

(2)、调速连续方便，分段预置，连续平滑调节。实现了低频低压的软起动和软停止，使运行更加平稳，机械冲击小。

(3)、启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大启动电流不超过1.3倍的额定电流，提升机在重载下从低速平稳无级平滑地升至最高速，没有大电流出现，大大地减小了对电网的冲击。

(4)、增加了直流制动功能，使重车停车时更加平稳，有效避免了“溜沟”现象。

(5)、转矩补偿达到规范要求，重车启动正常。

（6）、采用能耗制动、回馈制动或超级电容吸收技术，成功解决了位能负载在快速、减速或急停时的再生发电能量处理问题，保证了变频器的安全运行。

(7)、采用变频控制后，原绕线式电机可改为普通电机，这不但降低了成本，普通电机比绕线式电机可节约投资1/3，而且电机维护方面，避免了转子炭刷的烧损及维护。

（8)机内采用深圳加能回馈单元，回馈能量可直接输给电网，且不受回馈能量大小的限制，适应范围广，节能效果明显，系统可以实现四象限运行;据实测，在低速段节能明显，一般可达到30%左右。而且矿井越浅，低速段运行时间越长，节能效果越明显。

(9)安全保护功能齐全，除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护外，还设有外围控制的连锁保护，包括制动闸信号与正、反转信号的连锁，变频器故障信号与系统安全回路的连锁，机内备有自动减速程序等。

4、变频控制方案

设计时，因绞车系统一般都满负荷运行，而且要求起动力矩大，因此根据电机的容量(380v/215kw)，变频器一般应高出一个规格为ABB-ACS800250KW。

方案一：直接采用进口原装四象限能量回馈变频器，方案二：采用进口原装二象限变频器+能量回馈单元。因进口原装四象限能量回馈变频器供货周期长（8-12周）且成本极高，出现问题维修周期长，不适合煤矿的当前生产状况；因此我们选择方案二，变频器+能量回馈单元，降低前期投入成本，加快产品生产周期，同时也能降低维修费用，也同样能达到在矿车下放时将发生的电能直接回送电网，节约大量的能量。

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