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矿井提升机的变频调速改造方案
2016-08-24 14:04:14   来源:淄博深川电气设备销售有限公司   评论:0 点击:

一、概况矿井提升机是煤矿,有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行,直接关系到企业的生产和经济效益。山西某煤矿井下采煤,采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。这种拖动系统要求电

一、概况

矿井提升机是煤矿,有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行,直接关系到企业的生产和经济效益。山西某煤矿井下采煤,采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动,减速制动,而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意图(1)所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供,采用转子串电阻调速。

 

目前,大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升,传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统,电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁,设备运行的时间较长,交流接触器主触头易氧化,引发设备故障。另外,提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差,经常会造成停车位置不准确,提升机频繁的起动,调速和制动,在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速,调速的平滑性较差:低速时机械性较软,静差率大:电阻上消耗的转差功率大,节能较差:起动过程中和调速换档过程中电流冲击大:中高速运行震动大,安全性较差。

二、改造方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点,采用变频调速技改造提升机,可以实现全频率(0~50HZ)范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理,可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑,液压机械抽动需要保留,并在设计过程中对液压机械抽动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方法如图(2)所示:

三、方案实施

斜井提升是典型的摩擦性负载,即恒转矩特性负载。重车上行时,电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩,起动时还要克服一定的静摩擦力矩,电机处于电动工作状态,且工作于第一象限,在重车减速时,虽然重车在斜井面上有一向下的分力,但重车的减速时间较短,电机仍会处于再生状态,工作于第二象限。当另一列重车上行时,电机处于反向电动状态,工作在第三象限和第四象限,另外有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时,电机纯粹处于第二或第四象限,此时电机长时间处于再生发电状态,需要进行有效的制动。因此采用能耗抽动单元加能耗电阻的制动方案。

提升机的负载特性为恒转矩位能负载,起动力矩较大,选用变频器时适当地留有余量。因此选用深川高性能矢量通用系列变频器。由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态,工作少数时间有再生能量产生,变频器接入一制动单元和抽动电阻,便可以满足重车下行时的再生制动,实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器,类似电磁抱闸,此制动器用于重车静止时的制动,特别是重车停在斜井的斜坡上,必须有液压机械制动。液压机械制动器受原控制系统和变频器共同控制,机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制,起动时当变频器的输出频率达到设定值,例如2.00HZ,变频器TATBTC端口输出信号,表示电机转矩已足够大,打开液压机械制动器,重车可上行:减速过程中,当变频器的频率下降到2.00HZ时,表示电机转矩已较小,液压机械制动器制动停车。紧急情况时,按下紧急停车按钮,变频器自由停机,液压机械制动器马上起作用,使提升机在尽量短的时间内停车。

提升机传统的操作方式为,操作工人坐在煤矿井口操作台前,手握操纵杆控制电机正、反转和三档速度。为适应操作工作这种操作方式,变频器采用多段速度设置,S1S2设为正反转,S3S4S5设为低、中、高三挡速度。变频调速原理图如图(3)所示。

 

四、提升机工作过程

提升机经过变频调速改造后,系统的工作过程变化不大,操纵杆控制电机正转三档速度和反转三档速度。不管电机正转还是反转,都是从矿井中将煤拖到地面上来,电机工作在正转和反转电动状态,只有在满载拖车快接近井口时,需要减速并制动,提升机工作时序图如图(4)所示。

提升机 无论正、反转其工作过程是相同的,都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间,与系统的运行速度,加速度及斜井的尝试有关,各段加速度的大小,根据工艺情况确定,运行的时间由操作工作根据现场的状况自定。图中各个阶段的工作情况说明如下:

(1)第一阶段:串车车厢在井底工作面装满煤后,发一个联络信号给井口提升机操作工作,操作工作在回复一个信号到井底,然后开机提升。重车从井底开始上行,空车同时在井口车场位置开始下行。

(2)第二阶段:重车起动后,加速到变频器的频率为f2的速度运行,中速运行的时间较短,只是一过渡段,加速时间内设备如果没有问题,立即再加速到正常运行速度。

(3)第三阶段: 再加速段。

(4)第四阶段:重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行,一般这段过程最长。

(5)第五阶段:操作工人看到重车快到井口时立即减速,如果减速时间设置较短时,变频器制动单元和制动电阻起作用,不致因减速过快而跳闸。

(6)第六阶段:重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行,便于在规定的位置停车。

(7)第七阶段:快到停车位置时,变频器立即停车,重车减速到零,操作工人发一个联络信号到井下,整个提升过程结束。

以上为人工操作程序,也可按操作台自动工作。图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

五、结语

绕线式电机转子串电阻调速,电阻上消耗大量的转差功率,速度越低,水泵的转差功率越大。使用变频调速,是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态,节能十分显著,经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。另外,提升机变频调速后,系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高,减少了运行故障和停工检修工时,节省了人力和物力,提高了运煤能力,间接的经济效益也很可观。

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