变频调速技术在矿井提升机中的应用.pdf

第 2 7卷 第 6期 2 0 0 6年 6月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e Vo 1 ． 2 7 No ． 6 J a n ．2 0 0 6 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 6 0 6 1 0 7 6 - 0 2 变频调速技术在矿井提升机中的应用 刘兵 。胡联红。 ，金潮庭 1 ． 浙江建设职业技术学院，杭州 3 1 1 2 3 1 ；2 ． 浙江交通职业技术学院，杭州 3 1 0 0 0 4 摘 要介 绍了煤矿提升机的工作情况和控制过程 ， 从理论上分析 了提升机 变频调速和节能 的基本原理。通过 实例介绍利用变频器进行提升机 节能 改造的方法， 以及矿 井提升机 变频器选型 时 的经验 。 关键词 变频器；变频调速 ；提升机 ；节能 中图号 T D 6 7 9 文献标识码 B Va r i a b l e F e q u e n c y Ad j u s t S p e e d A p p l i e d t o Mi n e Ho i s t LI U B i Ⅱ g 。 ，HU L i m ah o n g t ．J I N Hu一山 1 ． Z h e j i a n g C o n e g e o f C o n s t r u c t i o n - H a n g z h o u 3 1 1 2 3 1 - C h i n a ； 2 ． Z h i a n g C o H e g e o f C o m m u n i c a t i o n s H a n g z h o u 3 1 0 0 0 4 - C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e s t h e w o r k i n gc a s e a n d t h e c o n t r o l l i n g p roc e s s o f t h e m i n e l i f t ， a n a l y s e s t h e p ri n c i p l e o f v a ri a b l e f r e q u e n c y a d j u s t s p e e d a n d e n e r g y s a v i n g i n t e mm o f t h e o r y ． I t i n t rod u c e s t h e me t h o d s o f u s i n g t h e c o n v e r t e r t o t r a n s f o r m mi n e l if t i n e n e r gy b y w a y o f e x a m p l e ， a n d t h e e x p e ri e n c e w h e n t h e c o n v e e r o f t h e m i n e l i f t i S c h o o s e n． Ke y w o r d s i n v e r t e r ；v a ri a b l e f r e q u e n c y a d j u s t s p e e d ； h o i s t ；e n e r g y s a v i n g O引言 随着 电力电子技术和微 电子技术的飞速发展 ， 变频器 的性能也有极大提高。变频调速在风机和泵 类负载上的节能效果显著 ， 并且具有无 冲击启动和 软停机的优良控制特性 ， 因此变频器首先在冶金、 电 力 、 石化 、 民用建筑等方面的风机、 水泵控制领域得 到了广泛应用。煤矿生产具有的特殊环境条件 ， 在 安全上有其特殊要求 因此变频器在煤矿的应用起 步较晚， 目前符合煤矿安全 生产要求的隔爆 型变频 器产品还 比较少。随着我 国经济的发展 ， 煤矿 的增 产、 降耗、 提效已被提 到了重要地位 ， 设备节能改造 势在必行 。 1 矿 井提升概述 矿井提升机是在繁重而又复杂的条件下进行工 作的设备 ， 因此要求 提升机 的拖动装置能适应频繁 启动、 停止、 调速及换相， 并能实现重载启动。在保 证提升设备的安全可靠 的情况下 ， 按照设计 的提升 速度图工作 。矿井提升系统有竖井提升系统和斜井 提升系统之分。竖井提升系统提升能力大、 荷载重， 一 般选用大功率电动机。斜井提升系统应用在中小 型矿井 ， 当配用功率 2 2 0 k W 以上 时， 选 用 6 k V， Y R 型高压 电动机 ； 当配用功率 2 0 0 k W 以下时， 选用 3 8 0 V 6 6 0 V ， Y R型低压电动机。 1 提升速度 图 矿井提升是指从井底车场至地面卸载点之间提 升煤炭 ， 下放空 车或材料的运输 系统。提升距离和 提升 区间是确定 的， 在各个 区间的运行 速度 图也是 有规律的。竖井和斜井 的提升速 度图不 同， 受篇幅 所限， 本文仅 以斜井 平车场双钩 串车提升速度 图来 说明煤矿提升机的运行规律。 斜井平车场双钩 串车提升速度 图如图 1所示。 在平车场上 ， 双钩串车提升开始时， 空串车 由井 口推 车机 以 1 m ／ s的速度 向下推进 ， 提升机亦 即同时徐 徐地开动 ， 重串车 以相同的速度从井底车场的重车 道被提升机牵引上行 ，当空串车和重串车都全部进 入井筒直线段轨道后 ， 提升机便开始 主加 速段 t 。 ， 而后进入等速段 t ， 以速度 ． 匀速运行。当重 串 车快到井 口时 ， 提升机进入减速段 t ， ， 将速度减低 到 。重 串车 出井 口后 ， 提升机开始进行制动 ， 而 矿车借助于惯性继续前进并很快地减速， 最终停 于 地面平车场车道内。把钩工将钢丝绳钩头从重 串车 上摘下来 ， 再挂到空串车上。同时 ， 空串车也到达井 底车场空车道并 停稳 ， 井底 把钩工将钢丝绳 钩头摘 下并挂到重串车上 ， 为下次提升作好准备。通常取 串车提升的摘挂钩时间 2 5 S 。 图 1 斜 井平车场双钩 串车提升速度 图 F i g ． 1 Lif t s p e e dfi g u r e o f t h e c h a i n v e h i c l e i n p l a i n s q ua r e o f i nc l i n e d we l l 由图 l 可知， 一次提升时间 T t o t I t I t 2 t 3 t 4 t 5 维普资讯 鱼 塑 塑 造堇 奎矿井提升机中的应用刘 兵， 等 ． 1 0 7 7 ． 一 次提升循环时间 T 2 矿井提升设备简介 单滚筒提升机多用 于单绳提升 系统 中 也有少 数用于双绳提升系统 ， 双滚筒提升机都用于双绳提 升系统中。在双绳提升系统 中， 由于提升重车和下 放空车同时进行 ， 空、 重车间有平衡作用 ， 配用电动 机功率相对小一些。 中小型矿井普遍应用 J T型提升绞车 提升机 ， 配用绕线式电动机， 功率在 2 5 1 8 5 k W之间， 配套 的标准电控设备为 58 级磁力控制站 ， 通过接触器 切换串接于转子回路内的电阻器调节提升速度。这 种控制设备安装 占地面积大 、 有级调速、 对设备产生 冲击、 不安全 、 调速时电阻发热浪费 电能、 不能长时 间低速运行、 故障多、 维修量大等弊端。为了改进提 升机电控设备的性能 ， 曾经用过金属水冷电阻控制 站和可控硅串级调速控制站等设备 ， 但 由于元器件 质量不过关和维修量大等问题 ， 现 已停止在提升机 上使用 。 2 变频器在提升机上的应用 在煤矿斜井提升系统中， 多使用单级单钩提升 方式。在这种提升过程中， 下放串车减速时， 由于负 载倾斜分力的作用 ， 电动机可能进入发 电状态， 电动 机发出的交流电经过逆变装置 中续流二极管整流叠 加到变频器的直流母线上， 使母线电压升高 ， 母线电 压的升高将对蓄能电容器和电气元件造成损坏。为 保证变频器 的安全 ， 通用型变频器是将这部分 电能 通过“ 制动电阻” 转变成热能消耗掉 ， 而提升机专用 型变频器是将这部分电能通过专用逆变电路反馈给 电网 。 煤矿提升机选用变频控制要达到的主要 目的 是 1 实现无级平稳加、 减速， 提高提升系统的安全 水平 ； 2 节约电能 ； 3 用变频器内置的编程软件替 代继电器实现提升速度控制， 减少设备维修工作量。 提升机变频调速节约电能主要从两方面考虑 ①取 消了“ 调速电阻” ， 节约了调速运行时电阻的热损耗； ②矿车下放减速时， 电动机短时间发电运行 ， 并把电 能反馈给电网。在变频器选 型时 ， 应该首选具有 电 能 回馈功能的提升机专用变频器 ， 但提升机专用变 频器的价格要比通用型变频器高一些。 为了降低工程造价 ， 也可 以选用通用变频器加 制动单元的配置方案。具体选用 哪种方案， 要经过 技术、 经济 比较后确定。 变频器的额定容景、 额定 电压的选择， 要按系统 的额定电压和电动机额定电流值选用。要注意， 变 频器样本给出的额定电流值和适 配电动机功率 ， 是 按4 极电动机的技术数据设计的， 同样功率的 6 、 8 极电动机的额定 电流要 比 4极 电动机 的额定 电流 大 ， 提升机应选用重型变频器。斜井提升系统有时 因车 内装载煤量超重或车皮掉道等原因造成提升机 超载。 因此变频器选型时要放大一级。 设计变频器控制 回路时， 既要 满足提升速度图 的要求， 又要满足提升机安全制动的联锁条件 ， 还要 考虑司机的操作习惯。利用变频器 的多段速度编程 功能 ， 实现提升机按速度图运行是很方便的， 变频器 的控制回路如图 2所示 。图 2中 ， 仅给 出了变频器 实现图 1 提升速度图的多功能端子接线部分。主令 开关 L K安装在斜面操作 台上 ， 当主令手柄 拉到提 升位置 1 挡时， C O M与 F WD接通 ， 给定频率 5 H z ， 提 升机 以0 ． 2 5 r r I ， s 速度拉紧钢丝绳 ； 手柄拉到 2挡位 置时， C O M与 【 2接通 ， 提升机在设定 时间内加速到 2 ． 6 r r I ， s ， 以额定速度运 行 ； 当重车接近井 口时， 将手柄推 向2挡 ， 提升机减速运行进入车场 ； 接近停 车位置时， 将手柄推向 1挡 ， 矿车徐徐运行 到位后 ， 将手柄推向 0位置并刹闸停车。反 向运行 时， 操作 顺序与正向提升操作顺序相同， 只需将操作手柄反 向推动到各段速度的位置 ， 提升机就会按设定 速度 运行。 圈2 提升机变频控制电气原理围 Fi g ． 2 E l t d c p c i p l e n g I l r e a b a u t v b l e f } e q u e n c y c o nt r o fl i n 从已经进行变频改造的矿井提升机的运行情况 看， 提升机变频控制比磁力站控制有更多的优点， 主 要体现在 司机操作简单方便 ， 提升机加减速稳定无 冲击， 设备故障率低， 维修量减少、 维修费用降低， 节 能效果显著 节能率在 1 5 ％ 一3 O ％ 。 3结语 我国是世界上的产煤大国，又是能源贫乏 的国 家之一。而且也是吨煤电耗 比较高的国家。要探索 出一条以低能耗实现现代化的新路 ，节能降耗实为 明智之举。矿用提升 机绞 车多 为昼夜 2 4 h运行 ， 使用变频技术进行节能改造的潜力无疑是巨大 的。 参考文献 [ 1 ] 向乃荣． 矿山固 定机械手 册[ M 】 ． 北京 煤炭工 业出版 社． 1 9 8 6 ． [ 2 ] 伍世民． 通用机电设备更新改造与节能[ M】 ． 湖南 科学技术出版 社 ． 1 9 9 l2 ． [ 3 ] 艾默生 网络 能 源有 限公 司． E V 2 0 o o系 列通 用 变 频器 用 户手 册 [ z ] ， 2 0 o o ． [ 4 ] 山东风光电子有限责任有限公司． J DB P 3 2 系列提升机变频器 运行报告[ Z ] ． 山东 。 2 0 0 1 ． 作者简介 刘兵 1 9 6 9 一 。 女 ， 辽宁抚顺人 ， 高级工程 师 ， l 9 9 2年 毕业于阜新矿业学院电气工程系， 现供职于浙江建设职业技术学院， 从事企业供配电教学、 设计及科研工作多年， 发表论文 l O 余篇。 E m l j e o mh e n s i n a ． c o rn 收稿 日期 2 o o 6 - o 2 - 2 7 维普资讯