2005 年10月銅川某建安公司與我公司簽訂了關(guān)于開(kāi)發(fā)“用于煤礦斜井絞車系統(tǒng)的變頻器操控柜”的協(xié)議,。隨后,，我公司派技術(shù)人員前往煤礦實(shí)際考察,，了解了絞車系統(tǒng)的工作原理，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境和工作條件做了深入調(diào)查,。之后,，我們?cè)谕ㄓ米冾l器的基礎(chǔ)上，針對(duì)煤礦的特殊用途和環(huán)境條件,，開(kāi)發(fā)出了“HCM1126型煤礦斜井絞車變頻操控系統(tǒng)”,。2005年12月，產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試運(yùn)行,，效果理想,。在此，奉獻(xiàn)出來(lái)與廣大顧客朋友共享,。

一.原絞車系統(tǒng)簡(jiǎn)介

系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)為單筒單繩式提升,，系統(tǒng)包括： 1.2米絞車、車斗,、75KW繞線式電機(jī),、電磁抱閘裝置、電源柜,、可控硅控制柜,、電阻箱、啟動(dòng)裝置,、操作臺(tái)等,。其中，電磁抱閘裝置在失電狀態(tài)下將處于完全抱緊（制動(dòng)）狀態(tài),。

絞車拖動(dòng)6節(jié)車斗,，用于裝運(yùn)原煤。車斗運(yùn)行最大坡度為25°,，具體路線軌跡如圖1所示,。單程運(yùn)行總長(zhǎng)度為160米。

1. 系統(tǒng)主要參數(shù)

額定轉(zhuǎn)速965轉(zhuǎn)／分,，繩速1.3m／s（最大2m／s）,；6節(jié)車斗，每車自重500Kg,，滿載時(shí)裝煤600Kg,，鋼絲繩直徑φ18.5mm；路軌總長(zhǎng)160米,，最大斜度為25°,。

2.原系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

原系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在機(jī)械抱閘（制動(dòng)）方面。該抱閘裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔巧妙,，可靠性高,，在長(zhǎng)期使用中性能穩(wěn)定,，并且操作簡(jiǎn)單，便于連接系統(tǒng),。

原系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)表現(xiàn)在調(diào)速方式落后,，整個(gè)電控系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多、煩鎖龐大,，控制相當(dāng)復(fù)雜,，發(fā)生故障的幾率很多，尤其是可控硅斬波環(huán)節(jié)本身的故障率很高,，增加了系統(tǒng)維護(hù)的壓力,；并且，調(diào)速時(shí)大量的電能將消耗在電阻上,，浪費(fèi)很多,。另外，控制系統(tǒng)復(fù)雜,、檢修困難、維修成本高,、調(diào)速范圍小,、調(diào)速不平穩(wěn)、無(wú)功損耗大等,，都是該系統(tǒng)存在的致命缺點(diǎn),。

二.絞車系統(tǒng)變頻改造方案

1.試驗(yàn)用變頻系統(tǒng)組成

通過(guò)對(duì)原絞車系統(tǒng)的分析，我們提出如圖3所示的實(shí)用性方案,。整個(gè)系統(tǒng)由變頻器,、泄放電阻柜和操作臺(tái)組成，如圖2所示,。
采用變頻器控制后,，整個(gè)電控系統(tǒng)連線十分簡(jiǎn)單，與原系統(tǒng)相比,，體積和重量大幅度減小,，當(dāng)然，系統(tǒng)的調(diào)速性能更有一個(gè)質(zhì)的飛躍,。
變頻調(diào)速器是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)輸入電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的,，因此調(diào)速范圍很寬，可以達(dá)到0～400HZ,。頻率調(diào)節(jié)精度為0.01HZ,，基本上實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)速。所以,，采用變頻器后,，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟啟動(dòng)和平滑調(diào)速,。并且，變頻器提高了輸入電源的功率因數(shù),，在基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩輸出,，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)電效果,。
操作臺(tái)有兩個(gè)控制手柄,，右手為調(diào)速手柄，左手柄為制動(dòng)手柄,。面板設(shè)置有電鎖,、“緊急制動(dòng)”按鈕、“非常制動(dòng)”按鈕,、控制鍵盤等,，操作使用簡(jiǎn)單直觀，并考慮了礦山電控設(shè)備的操作習(xí)慣,。
變頻柜和電阻柜按照礦用一般型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),，泄放單元置于電阻柜內(nèi)，其面板上的調(diào)節(jié)按鈕可用來(lái)調(diào)節(jié)泄放速度,，指示燈分別指示電源和工作狀態(tài),。變頻器為壁掛式結(jié)構(gòu)，其功能完全按照工作需要重新設(shè)計(jì),。

2.方案簡(jiǎn)介

圖3為煤礦斜井絞車系統(tǒng)變頻器控制方案,。圖中電磁抱閘機(jī)構(gòu)為原系統(tǒng)所用，這樣做主要是為保證絞車系統(tǒng)的安全性,。泄放單元擬采用與變頻器逆變單元功率模塊同規(guī)格的開(kāi)關(guān)件,，以保證系統(tǒng)有足夠的泄放容量；而泄放電阻則采用3～6Ω/9～12KW無(wú)感電阻,，以保證系統(tǒng)有足夠的泄放速度,。
圖中由虛線框分成4個(gè)部分，1為操作臺(tái)附加控制單元,；2為附加安全保護(hù),；3為電磁報(bào)閘控制單元；4為泄放單元及泄放電阻,。
操作臺(tái)做了重新設(shè)計(jì),，操作習(xí)慣仍舊保持原來(lái)風(fēng)格。主令開(kāi)關(guān)手柄改為無(wú)級(jí)調(diào)速手柄,，用于動(dòng)態(tài)調(diào)速,；

另加設(shè)了緊急制動(dòng)按鈕，當(dāng)變頻器發(fā)生故障注1時(shí),，系統(tǒng)自動(dòng)輸出異常信號(hào),，控制系統(tǒng)完全抱閘,，如果自動(dòng)抱閘線路出現(xiàn)故障而不能準(zhǔn)確執(zhí)行功能時(shí)，操作該按鈕可以緊急制動(dòng),；如果緊急制動(dòng)也失效時(shí),，還有一級(jí)保護(hù)，即“非常制動(dòng)”,。“非常制動(dòng)”即斷開(kāi)刀閘,，從而切斷機(jī)械抱閘系統(tǒng)的電源，達(dá)到最可靠的制動(dòng),。此處,，刀閘“B”只是功能表征，實(shí)施時(shí)可改做專用緊急按鈕或繼電器邏輯電路,。
自動(dòng)抱閘和緊急制動(dòng)抱閘時(shí),，操作臺(tái)面板上的“故障抱閘”燈亮，給出燈光報(bào)警,。此時(shí),，若系統(tǒng)未確實(shí)制動(dòng)，可進(jìn)行“非常制動(dòng)”,。
常開(kāi)觸點(diǎn)J1為控制抱閘回路的總開(kāi)關(guān),，“K”為調(diào)壓器滑動(dòng)觸頭，可調(diào)節(jié)調(diào)壓器電壓輸出大小,，從而改變抱閘力的大小,。圖中“C”為刀開(kāi)關(guān),，手動(dòng)可同時(shí)切斷J2-C回路和J2繼電器線圈回路,，使“K”回路有效。J2-C回路從調(diào)壓器輸出端取出固定電壓信號(hào)（其值可從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得）,，加到抱閘系統(tǒng),，給系統(tǒng)增加一定的阻力。這只用于“空罐下配重”期間,。當(dāng)然,，切斷刀開(kāi)關(guān)“C”，可取消該功能,。從圖中還可以看出,，調(diào)壓器滑動(dòng)觸頭“K”回路串入了J2常閉觸點(diǎn)，這就保證了J2-C回路有效時(shí),，“K”回路處于斷開(kāi)狀態(tài),。當(dāng)然，常開(kāi)點(diǎn)J2斷開(kāi)時(shí),，“K”回路必然閉合,。
“&1”只表示一種邏輯關(guān)系,，其輸出用來(lái)控制繼電器J1的線圈，起到自動(dòng)制動(dòng)的作用,。“&1”輸入的四種信號(hào)可通過(guò)檢測(cè)變頻器的輸出電流得到,。“&2”的輸出用來(lái)啟動(dòng)弱阻尼電路，即控制J2繼電器的線圈,。
圖中“D”觸發(fā)器用作信號(hào)鎖存器,，點(diǎn)動(dòng)“緊急制動(dòng)”按鈕，該脈沖信號(hào)可由“D”觸發(fā)器鎖存,，從而將“T1”,、“T2”鉗位在低電平，達(dá)到同時(shí)關(guān)斷繼電器J1和J2從而進(jìn)入完全抱閘狀態(tài)的目的,。
1.系統(tǒng)配置
絞車系統(tǒng)選用75KW繞線式電機(jī),，級(jí)數(shù)為6級(jí)；絞車線速度1.3m/s（最大2m/s）,；上坡路線總長(zhǎng)度138m,，坡度25°（按最大計(jì)算）；滿載時(shí)車輛總重量6600Kg,；車皮總自重3000Kg,；鋼絲繩直徑18.5mm，按160m計(jì)算,，重量約為36Kg,，計(jì)算中可予以忽略。

注1：主要指變頻器內(nèi)部的過(guò)壓,、過(guò)載,、過(guò)流、過(guò)熱,、缺相等正常保護(hù)以及死機(jī),、復(fù)位等非正常輸出。失電時(shí)系統(tǒng)可自行保護(hù),。
a.大負(fù)載計(jì)算
如圖4所示,，負(fù)載總重6600Kg，分解所得正壓力為6600×cos25°＝5982Kg,，分解所得下滑力為 6600×sin25°＝2790Kg設(shè)摩擦系數(shù)為0.1,，則摩擦力為：5982×0.1＝600Kg設(shè)車斗輪轂高度為1m，則阻力矩為（600＋2790）×1×9.8＝3390×9.8=33222Nm,。
此時(shí),，按坡長(zhǎng)138m計(jì)算，動(dòng)力所做功為（600＋2790）×9.8×138＝4584636J上升速度按照最大線速度2m/s計(jì)算，升到坡頂時(shí)需要運(yùn)行138m,，所用時(shí)間為138÷2＝69s
所以,，將重車斗拖上坡頂所需功率為4584636÷69＝66444W＝66KW由計(jì)算可知，配置75KW電機(jī)可滿足絞車系統(tǒng)需要,。但考慮安全因素（例如路軌塞堵等）,，配置變頻器功率應(yīng)選擇90KW。
b.泄放計(jì)算
空車下放時(shí),，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),。空車總重3000Kg,，同上計(jì)算得下放力為3000×sin25°＝1268Kg
摩擦力為
3000×cos25°×0.1＝272Kg
發(fā)放力功率為
1268×9.8×138÷69＝24853W＝25KW
摩擦力功率為
272×9.8×138÷69＝24853W＝5.4KW
所以,，實(shí)際下放功率為25－5.4＝19.6KW≈20KW，也就是說(shuō),，發(fā)電功率約為20KW,。這部分能量需要被泄放裝置消耗掉。設(shè)泄放閾值電壓為720V,，則泄放電流有效值為20000÷720≈28A,，峰值為28×1.4≈40A。選擇泄放模塊,，其額定電流必須大于40×3＝120A,，泄放電阻計(jì)算從略。