變頻調速在鑿井絞車中的應用

　　在煤礦以及各類金屬、非金屬礦山資源的開發利用過程當中，鑿井絞車有著非常廣泛的應用價值。特別是在井筒掘進作業過程當中，各種掘進設備以及張緊穩繩的懸吊都需要通過應用鑿井絞車的方式實現。傳統技術條件支持下，鑿井絞車主要依賴于繞線式異步電動機拖動并運行，通過轉子切電阻的方式實現對啟動狀態的轉換同時，換擋調速采取的是建立在機械齒輪基礎之上的手動模式，由此導致整個裝置運行期間的調速范圍較小，且潛在比較大的安全隱患。更關鍵的是：在這種調速方案下，鑿井絞車大多僅具有兩個固定的運行速度，低速狀態下的就位性能較弱，因此在現場操作方面存在比較大的缺陷。為了能夠對該問題進行改進優化，使鑿井絞車的運行性能能夠滿足快速掘進施工方面的要求，可嘗試引入變頻調速裝置，利用變頻調速技術對鑿井絞車調速系統進行改進。本文即嘗試對該問題展開分析。

　　1 鑿井絞車負載狀態分析

　　在鑿井絞車的運行過程當中，其升降負載運行的過程實質上是典型的位能性負載。即在鑿井絞車帶載提升的過程當中，電動機電磁轉矩需要首先克服負載轉矩才能夠進入提升狀態。因此，對于電動機而言，其處于電動運行狀態下，對應的工作象限為第1象限。而在鑿井絞車帶載下降的過程當中，電動機調整為能耗制動的工作狀態下，與之相對應的工作象限為第4象限。但，在鑿井絞車帶載懸吊的情況下，電動機斷電，與電動機連鎖的安全制動器以及工作制動器則處于制動狀態下。

　　2 變頻調速系統設計要點分析

　　2.1 變頻器設計要點

　　由于鑿井絞車在升降運行的過程當中會產生較大的慣性作用力，且其運行具有四象限特點，因此，在變頻器的選擇上非常關鍵。為了確保鑿井絞車調速運行的安全與可靠，所選擇的變頻器裝置所對應的電機控制方法應當以直接轉矩控制技術為首選方案，在該技術方案下，能夠對所有交流電動機對應的核心變量進行控制，同時將轉矩作用力以及定子磁通設置為關鍵控制變量，同時需要其能夠迅速響應負載變化以及瞬時掉電動作。在此基礎之上，變頻器裝置需要提供絞車應用宏程序，可以實現絞車零位保護、過載保護、行程極限保護、各種故障監控及報警，模塊化功能可方便實現施工現場多臺絞車同步控制，確保使用時安全快速運行、故障處理容易、維護簡單。

　　2.2 制動電阻設計要點

　　當鑿井絞車重載下降時，受到重力加速度的影響，變頻器輸出頻率所對應的同步轉速將低于電機正常運行狀態下所產生的旋轉速度。在這一背景之下，電機將處于發電制動的狀態下，在負載過程當中所產生的機械能轉換為電能，這部分電能則直接反饋給變頻器。而對于變頻器而言，直流回路所對應電容受到充電作用的影響，其電壓取值持續升高。為了避免電壓持續升高而造成的變頻器過壓保護電路動作（直接切斷變頻器輸出）問題，則還需要在控制電路系統中引入制動電阻裝置。在該運行狀態下，通過電阻制動的方式，在滿足電機制動需求的基礎之上，合理控制減速時間，以確保重物可靠就位。與此同時，若變頻裝置直流回路下實際電壓高于預先設置的極限參數，則制動電阻將調整至工作模式。結合以往的實踐工作經驗來看，制動電阻的選擇可以直接使用非標準電阻器或者是與變頻型號配套的標準電阻器，同時確保其電阻值滿足如下關系：

　　電阻值<直流電路電壓?/制動狀態下電機最大制動功率取值；

　　3 鑿井絞車變頻調速系統運行分析

　　整個鑿井絞車系統通過三菱PLC輸出方式對絞車的升降運行狀態以及工作速度進行切換與調整。在鑿井絞車升降狀態的切換過程當中，最關鍵性的問題在于對溜車問題的預防與控制。結合已有的實踐工作經驗來看，在工作制動器抱住前或松開后的瞬時狀態下，受到自重作用力的影響，容易出現下滑的問題。因此，為了避免鑿井絞車出現重物下滑的問題，在系統改造的過程當中需要通過對變頻器信號與PLC信號進行配合的方式，發揮變頻器所特有的靜力矩控制功能以及零速全轉矩功能，圓滿解決該問題。本方案下的主要工作原理是：

　　首先，從變頻器零速全轉矩功能的角度上來說，該變頻器能夠在零速狀態下維持電機的高轉矩狀態。這樣一來，在吊車自升降狀態降低速度并達到零速狀態的條件下，電機能夠使重物在空中停止，直至工作制動器完全抱住。在此基礎之上，安全制動器同步發揮制動功能，從而能夠很好的解決重物下滑的問題；

　　其次，從變頻器靜力矩功能的角度上來說，在鑿井絞車提升運行的過程當中，變頻器可以在投入啟動狀態下自動執行直流強勵磁操作，其目的是確保電機有足夠大的轉矩作用力，以促使重物能夠在空中保持停止狀態，這樣一來，在工作制動器松開后不會出現重物下滑方面的問題。

　　4 結束語

　　本次研究中，進入變頻器裝置，在變頻調速技術的干預下對鑿井絞車的調速系統進行了改進與優化。由于變頻器裝置具有良好的啟動以及調速性能，故而能夠使鑿井絞車的升降更加的穩定，定位更加精確，由此促進了整個鑿井絞車工作性能以及安全性的提升。同時，在變頻調速下，將其與PLC相互結合，系統可擴展性明顯提升，避免了傳統調速模式下可能存在的各種問題，速度控制更加精準，有效避免了無功能耗損失的問題。隨著后續礦井數量的不斷增多，鑿井絞車的需求也勢必會有所提升，在這一背景之下，對鑿井絞車中的變頻調速系統及其功能進行推廣有著非常顯著的現實意義與價值。