煤矿提升机的变频改造.pdf

煤矿提升机的变频改造 某煤矿主井绞车，担负着全矿提煤，运煤的繁重工作，一旦出现故障，将会影 响全矿的生产，因此它的正常运行起着至关重要的作用。该井为单钩运行，坡度 为 45 度，坡长为 300 米，原来采用 280KW/380V 绕线电机串电阻调速，用交流接 触器实现速度的切换，形成了低速降压启动，挡位切换加速，全速运行，挡位切 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 使电机的铜损、铁损增加，增大了电机的维修费用。从现场情况看，下放时电机 电流与提升时基本相同，都在 500A 左右，相当于电机的额定电流，而空载时电 机电流大约在额定电流的 60左右。从这一点看，应该有 30左右的能量被消耗。 （2）原来的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， 同时电阻器的安装要采用很大的空间， 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）启动和换挡冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大 大降低，而且极其容易出现“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）低电压和低速的启动力矩小，机械特性比较软，带载能力差，无法实现恒 转矩提升。 针对以上问题，煤矿决定对原系统进行改造，采用技术含量很高的变频调速系 统，替代原来的绕线电机串电阻的调速。这是较理想的方案。变频调速实现了电 机的软启动， 软停车， 连续平滑调速， 特别是带能量反馈的四象限运行的变频器， 可以将电机在发电状态下的再生电能回送到电网，降低电能消耗，可以节约大量 的电能。 变频器的控制方案 1、变频控制的特点 （1） 、变频控制系统甩掉了原来电气控制系统调速用的交流接触器及其调速电 阻，提高了系统的运行可靠性，改善了操作人员的工作环境。 （2） 、实现了低频低压的软启动和软停车，使运行更加平稳，机械冲击小。 （3） 、启动及其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到最高速，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。 （5） 、转矩补偿达到了规范要求，重车启动正常。 （6） 、 节能效果明显， 根据实际的测量在低速段的节能明显， 一般可以达到 20 左右，采用回馈制动，节能效果更加明显。 （7） 、采用变频控制后，原来绕线式电机的转子短接，在电机维护方面，避免 了转子炭刷的烧损及维护。 （8） 、采用 PLC 统一控制和 PLC 外端电路接口相结合，使调速系统具有很高的 可靠性，增加了系统的抗干扰能力，同时利用 PLC 强大的控制功能实现灵活的控 制方式。 （9） 、变频器内带有能量回馈单元，回馈的能量可以直接输入电网，而且不受 回馈能量的大小的限制， 适应范围广。 节能效果明显， 系统可以实现四象限运行。 （10） 、安全保护的功能齐全。除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护 外，还配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等。 方案的确定 设计的时候，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/280KW） ，负载的要求，变频器一般应高出一个规格。因此我 们采用（380V/315KW）的具有四象限运行的恒转矩变频器，为了防止变频器故障 时耽误生产， 保证生产的连续性， 采用原来的控制系统与变频器控制共存的方式， 原来的系统作为变频器的备用，在变频器故障或检修时投入生产，以保证生产的 连续性，不耽误生产。 系统的组成 控制系统由一台电气控制柜控制整个系统的启动/停止。 （380V/315KW）的变频 器及远距离控制装置组成，系统的控制信号及保护装置仍然采用原来控制系统， 机械抱闸等仍然采用，变频器只是作为一个调速装置使用。 控制原理 控制的核心是控制提升机的变频器，利用其控制系统与变频器提升系统对接对 绞车进行起动/停止、 加速/减速及机械抱闸系统的控制， 同时用变频器调节速度， 使绞车的转速得到有效而精确的控制。远程控制盒显示其运行频率和正反转、速 度段等信息。 提升机变频器主回路 （1） 、主回路工作过程三相交流电源经过变频器内的整流和滤波回路后变成 直流电，为变频器内的逆变回路提供电源。逆变的功能是将整流后的直流电转化 为可以调频调压的交流电去驱动电机。电能转化为机械能，实现提升作业。当电 机有高速运行时减速或单钩绞车下放时，负载由于存在惯性，电机的实际转速会 超过它的同步转速， 机械能转化为电能， 由电动机运行状态变为发电机运行状态， 发出的交流电经过逆变部分的续流二极管整流成直流，回馈到母线。使母线的电 压升高，直接危及到功率器件，所以必须把这一部分的能量释放掉。而我们的变 频器内配置有回馈单元和制动单元，可以对这一部分的能量进行处理。一部分送 回电网，一部分通过电阻消耗掉。 （2）主回路电路示意图如图所示 （3）控制回路 采用 PLC 统一控制和 PLC 外端电路接口相结合， 使调速系统具有很高的可靠性， 同时利用 PLC 强大的控制功能实现灵活的控制方式和电气隔离。 输入故障输入、自动加/减速、正转、反转、松闸信号、母线过压、内部保护、 五个挡位、急停、模拟输入等。 输出正转、反转、松闸、运行、急停等。 指示信号故障指示、上升指示、下降指示、加速指示、减速指示、挡位指示。 （4） 、回馈能量的处理 作为提升机用的变频器最根本的问题就是对回馈能量的处理，由于负载下放重 物，快速减速及急停时，会有较大的能量回送到变频器，因此变频器系统采用了 能耗制动，回馈制动等技术，有效的解决了此类的问题。尤其是回馈制动将能量 直接回送到电网，不但保证了设备的安全运行，而且节约了电能，使再生能量回 收利用。 应用效果 （1） 、当绞车下放运行时，由于变频器采用了回馈制动，使其再生能量回收利 用，节能显著。根据测算，变频器运行时电流在 220A 与原来相比，减少了一半。 这一方面是变频器提高了功率因数，一般可以提高到 0.95 以上。降低了无功损 耗。另一个方面，有一部分电能回馈到电网，回馈电流大约 200A，也降低了运 行电流。 （2） 、采用变频器控制后，由于设置直流制动，在运行过程中抱闸全敞开，减 轻了原来工频控制下的磨损。抱闸只是作为一种辅助设施，在电动机停稳后或在 急停时候快速抱闸用，该项损耗大大的降低。 （3） 、原来的工频控制采用的交流接触器进行速度段的切换，用调速电阻调速， 而变频控制时则将其全部甩掉，增加了可靠性，降低了设备维护费用。 综上所述，其综合的经济效益是十分明显的。从节能及生产的可靠性而言节约 的费用在 30左右。