發布日期：2022-04-18 點擊率：108
礦井提升機作為礦山生產的應用的重要設備之一，其作用為提升煤炭、礦石，升降人員和設備等，在整個礦山生產中占有十分重要的地位。而目前在礦井提升機中，能夠在較大功率、轉矩型負載、要求調速范圍較大等場合應用的交流驅動調速方法，以繞線式異步電動機轉子串電阻（金屬或液體電阻）調速為主。這種串電阻調速方式，利用控制器或磁力站對串入轉子回路中不同阻值的電阻進行組合，達到調速目的。但缺陷明顯，主要反映效率非常低，它以增加轉差功率的消耗來換取轉速的降低。轉速越慢，效率越低，大部分功率被轉換成熱能而消耗掉。那么怎樣更好解決此問題呢？答案是采用價格便宜的交流感應電動機，用變頻調速方案就能很好地解決這個問題。變頻調速是通過改變定子供電頻率來達到電機調速的目的，無論轉速高低，其機械特性基本上與自然機械特性平行，所消耗的轉差功率都基本不變，因此效率很高，有著明顯的節電效果，且調速的平穩性大大提高。在節能、減少維修、提高產品產量及產品質量等方面都取得了明顯的經濟效益。是未來電機調速的發展方向。
以下我們舉例說明。礦井原來提升機采用YRKK-355繞線式電動機串電阻式調速，能耗很大，為此改用變頻調速。電機換為220KW,YB80-355L的三相異步電機，變頻器選用LG生產的電機變頻器SV220iH-4，PLC選用西門子SIMATIC S7系列PLC s7-300，帶有數字量和模擬量輸入/輸出接口，并配置相應監測和通訊插件的功能，且處理信號的容量大，處理速度快。且對原有的老式電控設備也進行了改造，整個控制裝置通過屏蔽電纜線連至機控室，并在機控室設有電機的啟停按鈕，變頻柜上還有手動與自動切換按鈕，操作方便。
1 礦井提升機變頻調速控制系統的總體設計
基于PLC控制的大功率長距離礦井提升機變頻調速控制系統由主軸裝置、動力站、變頻柜、控制臺和在線檢測監控計算機組成，系統框圖如圖1所示。主軸裝置由主軸、筒殼、支輪、制動輪、軸承座等部件組成，完成人、
物、料的運輸任務。動力站是由主電機、制動器、減速器和底座等組成，主電機通過減速器向提升機提供牽引所需的動力；失效安全型制動器為提升機提供工件制動力，以保證系統安全可靠地工作。變頻柜是動力站的能量供給單元，通過它可將輸入工頻電能轉換成頻率可調的電能提供給交流電動機，以達到控制交流電動機轉速的目的。控制臺是整個礦井提升機運輸系統的控制核心，通過它可以設定系統的工件方式和控制方式，可以發布系統的各種控制命令，可以接收變頻柜和動力站的各種回饋信號，以實現對提升機啟動、加速、平穩運行、減速、停車以及緊急制動等各種控制功能。監控計算機是操作人員和控制系統及運輸系統之間的橋梁，它可以在線監測提升機運輸系統的各種工作參數、工作狀態、故障參數和故障狀態。
2 變頻器容量選擇
常規設計的交流電動機，通常都是在額定頻率、額定電壓下工作的。此時，軸上輸出轉矩、輸出功率都可以達到額定值。在變頻調速的情況下，供電頻率是變化的，電機的實際輸出也會變化，由于變頻器有一定的通用性，因此在與不同拖動場合的電機配合時，必須合理選擇容量。
在一臺變頻器驅動一臺電機的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動機的額定電流，或者是變頻器所適配的電動機功率大于當前該電動機的功率。
按連續恒轉矩負載運轉時所需的變頻器容量的計算式計算：
式中 ――負載所要求的電動機的軸輸出功率；
――電動機的效率（通常約0.85）；
――電動機的功率因數（大功率的可達0.82）；
――電動機電壓（Ｖ）；
――電動機電流（Ａ），工頻電源時的電流；
――電流波形的修正系數，對PWM方式，取 ；
――變頻器的額定容量（KWA）；
――變頻器的額定電流（Ａ）。
這三個式子是統一的，選擇變頻器容量時，應同時滿足三個算式的關系，尤其變頻器電流是一個較關鍵的量。
考慮到電機性能上的差異及機械負載的波動，變頻器容量取電動機容量的１－２倍，另外，也可根據生產機械所需的實際轉矩與穩定運行時的轉速，求其乘積，得到所需電動機的軸上功率，據此確定變頻器容量。本系統中的驅動電動機屬有載啟動的輸送類機械，所需電動機的軸上功率為220KW，按1.5倍容量就選擇330KW以上變頻器。
3 控制系統結構原理
基于PLC的變頻調速礦井提升機的結構原理圖如圖2所示。圖中，A、B、C分別為660V三相動力電源。大功率變頻裝置可以將工頻三相交流電經過交直變換之后經過逆變器，利用設定的參數進行了逆變，使得輸出為某一相應設定頻率的交流電。變頻器輸出頻率的變化，將導致電動機的輸出轉速變化，二者之間的關系近似線性。這樣，就起到了調速的作用。
在電路系統中，為了保證正常運行安全，必須將設備可靠的接地，因此，變頻器的接地端也應可靠接地。主回路中，用于連接制動單元和制動電阻的端子，用于防止提升機在垂直方向上運行時，發生工件在帶動電動機運轉，而產生很大的再生電動勢，即泵升電壓過高，損壞變頻器的現象出現。加入外接制動電阻或外接制動單元可消耗部分能量，提高變頻器的工作能力。根據變頻調速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻率設定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率。此時的變頻器輸出頻率與設定電壓或電流輸入成正比。為了便于監控變頻器的運行狀態并及時發現異常，取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號。FU為主回路熔接觸器， CT是電流傳感器，將主回路中的電流轉換為控制系統可以接收的小電流信號。MOTOR是被控電動機，通過它可以連續調節提升機的速度。軸編碼器可以檢測主電動機的轉速，并將此信號傳送給可編程控制器和變頻裝置，變頻器通過此信號可以控制電動機的轉速，PLC通過該信號可以累計提升機的行走距離。操作人員通過控制臺向PLC發送控制提升機運行的命令，同時控制臺可顯示提升機的運行狀態，為操作人員判斷提升機運行提供依據。PLC接受來自控制臺的各種命令，然后驅動相應的功率電路，達到控制主電路的目的，同時將提升機的各種狀態送給控制臺。監測計算機通過與PLC的通信，將電動機的所有運行參數和故障參數都顯示出來，為操作人員提供分析故障、判斷故障和處理的依據。SB、DB、CB分別是控制系統中的信號線、數據線和通信線，它是信息傳遞的通道。
由于提升機是在礦井使用，還需設計防爆裝置，在加上防爆外殼后，變頻器產生的熱損耗不能排出會導致其溫升過高而影響正常運行，變頻器的通風系統我的設計為水冷系統，帶有雙循環熱交換器，內循環的水將變頻器功率部件的熱傳導給空氣，空氣經由外循環把熱量排出井外。
提升機緊急制動系統為恒減速緊急制動控制，它通過檢測制動過程中的實際速度值，換算為減速度，實現制動對減速度的半閉環控制（即只能控制制動過程中液壓壓力的下降，而不能使之上升）。其基本的控制原理為：設定一個“停止起始頻率”fBS，當變頻器的工作頻率下降到fBS時，變頻器將輸出一個“頻率到達信號”，使主控系統檢測到緊急制動減速度達到預定值，保持此時的制動壓力來達到恒減速度的目的。
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