变频器在矿用运输绞车电控系统改造中的应用

2012-08-15河南煤业化工集团永煤公司车集煤矿魏大庆

河南科技 2012年18期

河南煤业化工集团永煤公司车集煤矿魏大庆

运输绞车是煤炭辅助运输中的关键设备之一，目前，我国还在运行的绞车电控系统有很大一部分是异步电动机转子串电阻交流调速系统。这种电控系统能耗大，工作效率低，可靠性差，在很大程度上严重制约了辅助运输的工作效率。采用变频器对绞车电控系统进行适当的设计改造，同时运用PLC 作为控制器，可以很好地解决上述问题。本文，笔者主要介绍了一种利用变频器对现有运输绞车电控系统进行改造的方案，主要调速电控系统的控制回路与主回路控制器选用PLC 控制方式。采用这一方案，可以在很大的程度上降低能耗，提高工作效率。

一、硬件设计

1.变频控制模块与主回路设计。运输绞车变频控制系统包括主操作台、PLC 控制模块和变频控制模块等系统。系统主电路为变频控制回路，其主要元件有各种状态指示灯、传感器、电磁阀、中间继电器、PLC、变频器等。变频控制系统具有一定的保护功能，可以对温度、电压、过载和短路等进行异常保护。系统整体安装在变频控制柜中，柜内设有电路总开关，电源由外部用户电网接入。

变频器容量的计算要结合电控系统的实际情况进行。本文，笔者以双鸭山矿业集团公司新安煤矿副井绞车为例，它主要采用交流绕线式电机串电阻调速系统，绞车为中信重型机械公司制造的JK-2.5×2/30型单绳绕矿井提升机；卷筒的直径为2.5 m，宽度为2 m；减速机为XL-30，输入转速为980 r/min，速比为30；其长度为1 200 m，坡度为16°。电机的功率为355 kW，电压为660 V，电流为419 A。

为了降低改造成本，沿用了该矿原有的绕线电机。由于该类型的电机较为陈旧，负载较为恒定，因此，确定变频器容量的选取系数为1.2，变频器容量的最小值为355×1.2＝426 kW。

（1）模块设计。变频控制模块主要包括三相双掷开关、变频器以及具有保护变频器作用的断路器3 部分组成。该运输绞车电机可以四象限运行（可以反转加速、发转减速、正转加速和正传减速）的特点，因此应该设计有较大的启动、加速与制动力矩。由于电机制动比较频繁，为了降低能量消耗，变频器还设置了能量回馈单元。参照电机的参数，最终确定选用三菱FR-A540L-90K 型变频器，其标称容量为90 kW。

（2）变频器主回路设计。绞车电机在制动时会产生再生能量，为了使能量可以回馈电网，达到很好的节能目的，变频器采用了主回路双向逆变方案。

（3）PLC控制模块设计。应以输入信号、输出信号等为依据，选用合适的PLC 型号。输入、输出接点的分配，要参照具体的说明和要求进行设计。绞车在提升启动的过程中，在加速、减速、爬行段设计为变频调速运行；在绞车启动加速达到额定速度时，PLC 控制使系统自动切换到工频运行。考虑到了绞车车道的具体状况，切换到工频就可以在很大程度上减轻对变频器的使用强度，延长变频器的使用寿命，减少不必要的损耗。

（4）用户操作台设计。在用户操作台安装正反转指示装置、深度指示装置、系统故障指示装置和电机速度指示装置等装置，便于司机随时了解绞车的运行状况，同时也方便了对绞车的操作和控制。为了不改变司机的操作习惯，仍采用手柄进行操作。

2.软件设计。在系统上电后，首先应对系统进行初始化，然后对系统进行自检，自检通过之后可以对开机信号进行检测，在接收到启动信号后，可以对运行方向进行判断。如果在运行过程中出现异常工作状况，就可以随机启动系统保护，并对异常进行报警。