变频调速技术在煤矿提升绞车中的应用

摘 要：在煤矿开采中，绞车是最常见的运输设备，但是由于电气控制措施的不合理，导致较多安全事故的出现。而变频技术的应用对于实现矿井运输绞车的无极调有着非常好的效果，变频技术的应用于煤矿电控绞车系统中明显的减少了事故的发生，而且对于提高绞车的工作效率和工作质量都发挥着重要的作用。因此，本文主要介绍了变频技术在煤矿绞车电控系统中的具体应用。

关键词：变频调速；PLC；提升绞车；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.045

0 引言

在各类型煤矿的挖掘与开采中，绞车都是必不可少的运输设备之 一，为了进一步提升绞车运行中的安全性、经济性与可靠性，并且达到了节能与增效的目标，必须对绞车的电气控制措施进行改造，其中变频技术的应用是至关重要的。基于持续完善PLC系统程序的影响下，在设备控制当中的变频绞车越来越表现为节省电能、维护次数少、可靠性强等一系列的特点，相比较于传统意义上的交流异步电机，其跟当前国内煤矿的综合化与现代化发展非常适宜。下面，笔者对煤矿提升绞车中应用的变频调速技术的有关问题进行了简要地分析。

1 煤矿应用的提升系统简介

当今，国内应用的交流异步电机的逻辑控制设备的组成部分是接触器与继电器，其借助转子串切电阻有级调速的手段来控制绞车。然而，因为这种电机在换挡和开机的情况下，太大的电流会影响到设备，这不但使精度控制降低，而且不利于电机应用年限的延长。再者，其难以维护、调试不方便、损耗电能大等，因此跟国内煤矿高效化、综合化、现代化的发展要求相悖。鉴于此，由于变频调速技术的特点是故障率低、便于操作、启动稳定、调速范围广等，因此备受重视。尤其是在煤矿提升系统中越来越成熟应用PLC变频调速系统的影响下，设计与优化煤矿提升绞车中的变频调速技术变成煤矿安全生产的一个发展方向。

2 变频调速技术的原理和应用效果

2.1 变频调速技术原理

变频调速技术是对电机定子供电频率进行改变的基础上实现转速的变化，工作中重点涵盖划归绞车电机为发电机回馈能量的过程与电机的逆变过程。其中，调速工作的中心环节是逆变，其涵盖滤波、整流、逆变几个过程，该过程使电机定子供电频率发生改变而对输出电压进行调节，从而实现对绞车速度的控制。回馈能量的过程涵盖输出滤波、整流、逆变回馈这几个环节。逆变回馈的目的在于确保统一性的电网电压相位和逆变回馈输出电压相位。务必将输出滤波加入到系统当中，进而确保逆变的顺利运行，且降低污染电网的概率。除此之外，由于煤矿电压存在较大的波动性，因此还需要将刹车环节加入到系统当中，从而使变频控制安全系数提升。

2.2 变频调速技术应用的效果

变频技术无级调速的实现不仅确保停车、运行、启动、减速、加速过程中的绞车的稳定性，而且使加速和减速过程中冲击机械设备的情况减少，以及实现了调速范围的拓展。有效地契合安全回路与机械制动确保系统在瞬间停电与紧急状态下的变频调速系统机械制动的自动实现，进而保障系统的安全性。另外，因为变频调速有着回馈能量的作用，此技术有着显著的节电优势。

3 基于PLC的变频调速系统设计

3.1 煤矿提升系统当中PLC的功能

PLC就是所谓的可编程控制器，其属于借助能够编辑程序的存贮器来定时、计数、逻辑运算、算数运算的电子操作系统，有着稳定性强、程序编辑简单、使用普遍、抗干扰性的特点。存贮器在运动指令的情况下在模拟输出和输入数字的基础上对一系列的过程进行控制。借助PLC变频器控制提升的高度与速度，能够确保更加简单和稳定制动的实现，且在有效降低系统体积的过程中实现安全性与控制精度的提升。

3.2 基于PLC的变频调速系统设计

3.2.1 变频系统的设计

一是对系统变频器的容量进行合理地选择。电机的启动转矩通常是额定转矩的1.7倍，兼顾到要求借助110%额定负载动载试验和电压波动的影响要素，需要确保最大转矩是1.9倍的负载转矩，为了保证应用的安全性，能够在变频器容量提升的基础上得到200%的负载力矩值，相应量的高次谐波涵盖于变频器输出电源当中，这会导致电机谐波损耗的形成。为此，需要实现其电流的增加。二是在选用变频器的问题上，因为升降绞车存在比较大的惯性，所以需要其具备较高的运行能力，能够控制交流电机的核心变量，且重点控制转矩和定子磁通。有效统一良好的电机软件模型与高速信号处理器更新电机状态，能够快速地响应刹那断电和改变的负载。三是需要科学地选用制动电阻。因为加成重载降低情况下重力加速度的形成会使变频器直流回路电容升高电压，所以务必实现制动电阻的增加，从而有效地进行控制。借助电阻制动能够确保重物稳定地就位。

3.2.2 PLC系统的设计

设计PLC系统需要对绞车提升的功能（急停要求、最大速度、最大静张力、高度提升等）与变频器系统的参数进行参考，选用符合绞车工作状态的传感器与控制器。再者，在估算用户存储容量和对阅点数的基础上选用PLC型号，且立足于控制速度选用适宜的CPU结构与功能。需要明确的是，运行过程中的PLC由输入信号至输出控制面临滞后性的情况，能够选用快处理速度的PLC，这样能够控制在0.5us之内的一条指令的执行时间。PLC主要是模块式与整体式的构造，其中模块式的构造扩充容易，且组态灵活，为此非常适宜应用于大规模的远程I/O系统和集散控制系统。

4 结语

总而言之，相比较于传统意义上的交流异步电机控制，变频调速能够软起软停设备，这样在降低机械冲击影响的过程中提高了系统控制的安全性与稳定性，有效地统一PLC技术可以持续地简化系统，且实现设备拓展性能的提升。技术工作者需要明确变频调速技术的价值与意义，不断地优化与改造提升绞车的变频，且总结经验，从而在煤矿提升绞车中有效地体现PLC变频控制技术的巨大优势。

参考文献：

[1]赵树国，孙峰，纪胜春等.煤矿提升绞车高压变频电控系统在井下 的应用[J].煤矿机械，2006（08）：165-167.

[2]王俊红.紫金煤矿副斜井绞车电控系统的改造[J].山西焦煤科技， 2008（12）：18-20.

[3]岳杰，达善荣，王雁桥.副立井绞车电控系统的改造[J].煤炭科学 技术，2002（08）：12-13.

[4]黎才寿.矿井提升绞车电控系统应用新技术的节能效果[J].煤炭技术，2004（08）：28.

作者简介：张金淇（1986-），男，福建龙岩人，专科，助理工程师，主要从事煤矿机电技术管理工作。