论文部分内容阅读
【摘 要】本文针对当前电动提升机形成低速降压启动、档位切换加速、全速运行、档位切换减速工作过程的不足，从变频控制方案、变频调速的原理对原系统进行适当改造。由于科学技术的不断发展，采用技术含量较高的变频调速，替代原来的绕线电机串电阻调速，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，带能量回馈的四象限运行变频器，将电机在发电状态下的再生电能回送电网，降低了无功能耗，节约大量的电能，取得良好的应用效果。
【关键词】电动提升机；电机串电阻调速；变频控制方案；控制系统；控制原理
电动提升机，担负着厂矿企业运输材料的繁重工作，一旦出现故障，那就将影响整个企业的生产。故对设备的正常运行起着至关重要的作用。譬如主井为单钩运行，坡度为45°，坡长为300m。原来采用280KW/380V绕线电机串电阻进行调速，以交流接触器实现速度段进行切换。能形成了低速降压启动、档位切换加速、整速运行、档位切换减速、低速降压停车的工作过程。
经过此种方式运行，存在较为明显的缺点，具体主要体现在以下几个种情况：
1.在用料车空车下放的时候，电机的转速超过了同步转速，此时电机处于发电状态，由于没有处理环节，许多的没有功能量消耗在转差电阻之上，致使电机能耗相应增加，电能浪费加大，电机铜损、铁损易增加，电机的维修费用相应增加。根据现场情况来讲，下放时电机电流与提升时接近相同，都在500A上下，与电机的额定电流相当，而空载时电机电流估计应在额定电流的60%左右，以此观点来看，大约有30%左右的无功能量消耗，使用电量有所增加。
2.原控制系统采用绕线电机转子串电阻方式调速的时候，有如下缺点存在：
（1）许多的电能消耗在转差电阻上，造成了严重的能源浪费，同时电阻器的安装需要占用很大的空间。（2）控制系统较为复杂，导致系统的故障出现频率较高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷比较容易破损，维护其工作量加大，直接影响了其生产效率。（3）低速和爬行阶段则需依靠制动闸皮摩擦滚筒来实现速度控制，尤其是在负载发生变化时，实现恒减速控制不容易，因此导致调速不连续、速度控制性能不好。（4）启动和换档冲击电流强，造成的机械冲击不小，导致电机的使用寿命较短，亦即出现“掉道”现象。（5）自动化程度偏低，导致开采成本增加，产量受到了影响。（6）低电压和低速段的启动力矩不大，机械特性不硬，带负载能力不强，恒转矩提升实现的可能性低。
针对上述存在的这些问题，将对原有系统进行改造。随着科技的不断发展，采用技术含量不低的变频调速，用以替代原有的绕线电机串电阻调速，是个比较不错的方案。变频调速实现了电机的软启动、软停车，连续平滑调速，对能量回馈的四象限运行变频器，在电机发电状态下的再生电能又能回送到电网，降低了没功能消耗，同时节约大量的电能。
一、变频控制方案
1.变频控制的特点
（1）变频系统去掉了以前电控调速用的交流接触器及调速电阻，能够提高了系统的可靠性，操作人员的工作环境得到改善。
（2）实现低频低压的软起动和软停止，从而使运行更加平稳，机械冲击减小。
（3）启动及加速过程冲击电流小，加速过程中较大启动电流小于1.3倍的额定电流，提升机在重载下从低速较平稳无级平滑地升至较高速，则电流出现没有大的變化，缩小了对电网的冲击。
（4）增加了直流制动功能，以便使重车停车时更加达到平稳。
（5）转矩补偿达到规范要求，重车启动比较正常。
（6）节能效果比较显著。根据实际预测，在低速阶段节能较明显，通常情况可达到20%左右。采用回馈制动，节能取得明显效果。
（7）采用变频控制以后，原绕线式电机转子短接，从在电机维护方面，规避了转子炭刷的烧损及维护。
（8）采用芯片统一控制和PLC与外端电路接口相结合，这样调速系统可靠性较高，增加了系统的抵抗干扰能力，此时使用PLC强大的控制功能来实现灵活的控制方式。
（9）机内带有回馈单元，回馈能量就能直接输给电网，同时不受回馈能量大小的限制，适应范围比较广，节能效果也明显，从而系统实现四象限运行。
（10）安全保护功能完整齐全，除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护以外，还设有外围控制的连锁保护功能，包括制动闸信号与正、反转信号之间的连锁，变频器故障信号与系统安全回路之间的连锁，机内备有自动减速程序等。
2.方案的确定
在设计时，由于绞车系统一般都满负荷运行，而且要求起动力矩要大，由此根据电机的容量（380/280KW），负载的要求，变频器一般要大出一个规格，所以采用具有四象限运行的提升机专用变频器，将防止变频器故障时耽误生产，保证生产能够连续进行，采用原系统与变频器共同存在的方式，原系统可以作为变频器的备用，可在变频器故障或检修时投入生产，来保证生产的连续性，同时保证生产顺利进行。
3.系统的组成
控制系统将由一台电控柜（由矿方提供）控制整个系统的启、停；380V/315KW的矿用提升机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采用原控制系统，机械抱闸等仍采用，变频器将做一个调速装置使用。
4.控制原理
控制核心作为专用变频器，利用它的原控制系统与变频提升机系统对接对绞车进行起、停、加减速及机械抱闸系统的控制，同时用变频器调节频率，使绞车电机的转速得到控制。远控盒显示其运行频率和正反转、速度段等信息。
二、变频调速的原理
主回路工作过程：三相交流电经整流滤波成直流电为逆变提供电源，逆变的功能是将整流后的直流电转化为调频调压的交流电去驱动电机，电能转换机械能，实现提升；当电机有高速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，电机变成发电机，放出的交流电经逆变部分的续流二极管整流使母线电压升高，直接危及功率器件，必须把这部分能量释放掉，于是我们做了回馈和刹车单元对这部分能量进行处理，一部分送往电网，一部分通过电阻消耗掉。 1.控制回路
采用芯片统一控制和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强大的控制能力实现灵活的控制方式和电气隔离。
2.回馈能量的处理
作为提升类变频器，最根本的问题是对回馈能量的处理。由于负载在下放重物、快速减速及急停时，会有较大的能量回送给变频器。因此本变频器系统采用了能耗制动、回馈制动技术，有效地解决了此类问题。尤其是回馈制动，将能量直接回送电网，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。
3.变频器为典型的交-直-交电压源型变频器，其功率模块为进口的西门子新型IGBT器件，采用16位全数字单片机控制技术，可以实现交流电动机大范围内的无级平滑调速，在运行过程中能随时检测电动机的负载情况，自动调整功率输出，使电动机始终运行在最佳状态，节能效果明显。
三、取得的应用效果
1.变频器矿车下放运行时，采用回馈制动，而变频器再生能量能再回收利用，节能比较显著，根据测算得出，变频运行时电流在220A，同原来进行比较，缩少了一半。可以看出变频器提高了功率因数，一般也可提高到0.95以上，降低了无功损耗，电流指示相应减少；而另有一部分回馈电网，回馈电流估计在200A，也电流运行被降低了。
2.在采用变频控制以后，因为设置直流制动，在运行时油闸全部打开，在原工频控制下减轻了磨损，油闸作为一种小小辅助设施，在电机停稳后或在急停时快速抱闸使用，根据测算，本项损耗被降低，每年也可节约资金2—3万元。
3.原工频控制采用交流接触器进行速度段间切换，以调速電阻调速，同时变频控制将其全部甩掉，可靠性被增加，减少设备维护费用。
由此而知，所取得的综合经济效益是比较明显，单从节能及生产的可靠性而言，其节约的费用大约在30%上下。
煤矿提升机应用的变频控制，从它的操作方便、运行可靠、改善工人的劳动生产环境、节电显著等方面都体现出其明显的优势。尤其是近几年产品的优化升级，一些新技术（包括PLC）的应用，使它可靠性能应用得到极大的提高。提升机变频器实现了四象限运行、电能的回馈等新技术，那么其应用前景将会是非常广阔的。
参考文献：
[1]陈子春刘向昕.矿井提升机TKD电控系统的改造[J]工矿自动化2010年01期
[2]何孔平.变频器在风机系统中的应用研究[J]法制与经济（中旬刊）2011年07期
[3]陈国栋.PLC模拟量控制在变频调速中的应用[J]包钢科技2011年03期
[4]胡刚吕卿.PLC-变频器控制系统典型故障分析[J]交通标准化2011年16期 [5]何万库.矿井提升机交流拖动系统的变频调速改造[J]起重运输机械2010年01期
作者简介：
赛汉其其格（1969.1-）女，内蒙古呼和浩特市，蒙古族，工程师，现任内蒙古誉博项目工程管理有限责任公司总经理，研究方向：工程管理、工程设备。
【关键词】电动提升机；电机串电阻调速；变频控制方案；控制系统；控制原理
电动提升机，担负着厂矿企业运输材料的繁重工作，一旦出现故障，那就将影响整个企业的生产。故对设备的正常运行起着至关重要的作用。譬如主井为单钩运行，坡度为45°，坡长为300m。原来采用280KW/380V绕线电机串电阻进行调速，以交流接触器实现速度段进行切换。能形成了低速降压启动、档位切换加速、整速运行、档位切换减速、低速降压停车的工作过程。
经过此种方式运行，存在较为明显的缺点，具体主要体现在以下几个种情况：
1.在用料车空车下放的时候，电机的转速超过了同步转速，此时电机处于发电状态，由于没有处理环节，许多的没有功能量消耗在转差电阻之上，致使电机能耗相应增加，电能浪费加大，电机铜损、铁损易增加，电机的维修费用相应增加。根据现场情况来讲，下放时电机电流与提升时接近相同，都在500A上下，与电机的额定电流相当，而空载时电机电流估计应在额定电流的60%左右，以此观点来看，大约有30%左右的无功能量消耗，使用电量有所增加。
2.原控制系统采用绕线电机转子串电阻方式调速的时候，有如下缺点存在：
（1）许多的电能消耗在转差电阻上，造成了严重的能源浪费，同时电阻器的安装需要占用很大的空间。（2）控制系统较为复杂，导致系统的故障出现频率较高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷比较容易破损，维护其工作量加大，直接影响了其生产效率。（3）低速和爬行阶段则需依靠制动闸皮摩擦滚筒来实现速度控制，尤其是在负载发生变化时，实现恒减速控制不容易，因此导致调速不连续、速度控制性能不好。（4）启动和换档冲击电流强，造成的机械冲击不小，导致电机的使用寿命较短，亦即出现“掉道”现象。（5）自动化程度偏低，导致开采成本增加，产量受到了影响。（6）低电压和低速段的启动力矩不大，机械特性不硬，带负载能力不强，恒转矩提升实现的可能性低。
针对上述存在的这些问题，将对原有系统进行改造。随着科技的不断发展，采用技术含量不低的变频调速，用以替代原有的绕线电机串电阻调速，是个比较不错的方案。变频调速实现了电机的软启动、软停车，连续平滑调速，对能量回馈的四象限运行变频器，在电机发电状态下的再生电能又能回送到电网，降低了没功能消耗，同时节约大量的电能。
一、变频控制方案
1.变频控制的特点
（1）变频系统去掉了以前电控调速用的交流接触器及调速电阻，能够提高了系统的可靠性，操作人员的工作环境得到改善。
（2）实现低频低压的软起动和软停止，从而使运行更加平稳，机械冲击减小。
（3）启动及加速过程冲击电流小，加速过程中较大启动电流小于1.3倍的额定电流，提升机在重载下从低速较平稳无级平滑地升至较高速，则电流出现没有大的變化，缩小了对电网的冲击。
（4）增加了直流制动功能，以便使重车停车时更加达到平稳。
（5）转矩补偿达到规范要求，重车启动比较正常。
（6）节能效果比较显著。根据实际预测，在低速阶段节能较明显，通常情况可达到20%左右。采用回馈制动，节能取得明显效果。
（7）采用变频控制以后，原绕线式电机转子短接，从在电机维护方面，规避了转子炭刷的烧损及维护。
（8）采用芯片统一控制和PLC与外端电路接口相结合，这样调速系统可靠性较高，增加了系统的抵抗干扰能力，此时使用PLC强大的控制功能来实现灵活的控制方式。
（9）机内带有回馈单元，回馈能量就能直接输给电网，同时不受回馈能量大小的限制，适应范围比较广，节能效果也明显，从而系统实现四象限运行。
（10）安全保护功能完整齐全，除了过压、欠压、过载、过热、短路等自身保护以外，还设有外围控制的连锁保护功能，包括制动闸信号与正、反转信号之间的连锁，变频器故障信号与系统安全回路之间的连锁，机内备有自动减速程序等。
2.方案的确定
在设计时，由于绞车系统一般都满负荷运行，而且要求起动力矩要大，由此根据电机的容量（380/280KW），负载的要求，变频器一般要大出一个规格，所以采用具有四象限运行的提升机专用变频器，将防止变频器故障时耽误生产，保证生产能够连续进行，采用原系统与变频器共同存在的方式，原系统可以作为变频器的备用，可在变频器故障或检修时投入生产，来保证生产的连续性，同时保证生产顺利进行。
3.系统的组成
控制系统将由一台电控柜（由矿方提供）控制整个系统的启、停；380V/315KW的矿用提升机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采用原控制系统，机械抱闸等仍采用，变频器将做一个调速装置使用。
4.控制原理
控制核心作为专用变频器，利用它的原控制系统与变频提升机系统对接对绞车进行起、停、加减速及机械抱闸系统的控制，同时用变频器调节频率，使绞车电机的转速得到控制。远控盒显示其运行频率和正反转、速度段等信息。
二、变频调速的原理
主回路工作过程：三相交流电经整流滤波成直流电为逆变提供电源，逆变的功能是将整流后的直流电转化为调频调压的交流电去驱动电机，电能转换机械能，实现提升；当电机有高速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，电机变成发电机，放出的交流电经逆变部分的续流二极管整流使母线电压升高，直接危及功率器件，必须把这部分能量释放掉，于是我们做了回馈和刹车单元对这部分能量进行处理，一部分送往电网，一部分通过电阻消耗掉。 1.控制回路
采用芯片统一控制和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强大的控制能力实现灵活的控制方式和电气隔离。
2.回馈能量的处理
作为提升类变频器，最根本的问题是对回馈能量的处理。由于负载在下放重物、快速减速及急停时，会有较大的能量回送给变频器。因此本变频器系统采用了能耗制动、回馈制动技术，有效地解决了此类问题。尤其是回馈制动，将能量直接回送电网，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。
3.变频器为典型的交-直-交电压源型变频器，其功率模块为进口的西门子新型IGBT器件，采用16位全数字单片机控制技术，可以实现交流电动机大范围内的无级平滑调速，在运行过程中能随时检测电动机的负载情况，自动调整功率输出，使电动机始终运行在最佳状态，节能效果明显。
三、取得的应用效果
1.变频器矿车下放运行时，采用回馈制动，而变频器再生能量能再回收利用，节能比较显著，根据测算得出，变频运行时电流在220A，同原来进行比较，缩少了一半。可以看出变频器提高了功率因数，一般也可提高到0.95以上，降低了无功损耗，电流指示相应减少；而另有一部分回馈电网，回馈电流估计在200A，也电流运行被降低了。
2.在采用变频控制以后，因为设置直流制动，在运行时油闸全部打开，在原工频控制下减轻了磨损，油闸作为一种小小辅助设施，在电机停稳后或在急停时快速抱闸使用，根据测算，本项损耗被降低，每年也可节约资金2—3万元。
3.原工频控制采用交流接触器进行速度段间切换，以调速電阻调速，同时变频控制将其全部甩掉，可靠性被增加，减少设备维护费用。
由此而知，所取得的综合经济效益是比较明显，单从节能及生产的可靠性而言，其节约的费用大约在30%上下。
煤矿提升机应用的变频控制，从它的操作方便、运行可靠、改善工人的劳动生产环境、节电显著等方面都体现出其明显的优势。尤其是近几年产品的优化升级，一些新技术（包括PLC）的应用，使它可靠性能应用得到极大的提高。提升机变频器实现了四象限运行、电能的回馈等新技术，那么其应用前景将会是非常广阔的。
参考文献：
[1]陈子春刘向昕.矿井提升机TKD电控系统的改造[J]工矿自动化2010年01期
[2]何孔平.变频器在风机系统中的应用研究[J]法制与经济（中旬刊）2011年07期
[3]陈国栋.PLC模拟量控制在变频调速中的应用[J]包钢科技2011年03期
[4]胡刚吕卿.PLC-变频器控制系统典型故障分析[J]交通标准化2011年16期 [5]何万库.矿井提升机交流拖动系统的变频调速改造[J]起重运输机械2010年01期
作者简介：
赛汉其其格（1969.1-）女，内蒙古呼和浩特市，蒙古族，工程师，现任内蒙古誉博项目工程管理有限责任公司总经理，研究方向：工程管理、工程设备。