2005年10月銅川某建安公司與我公司簽訂了關于開發“用于煤礦斜井絞車系統的變頻器操控柜”的協議。隨后，我公司派技術人員前往煤礦實際考察，了解了絞車系統的工作原理，并對現場工作環境和工作條件做了深入調查。之后，我們在通用變頻器的基礎上，針對煤礦的特殊用途和環境條件，開發出了“HCM1126型煤礦斜井絞車變頻操控系統”。2005年12月，產品在現場進行了試運行，效果理想。在此，奉獻出來與廣大顧客朋友共享。 一.原絞車系統簡介 系統組成 該系統為單筒單繩式提升，系統包括： 1.2米絞車、車斗、75KW繞線式電機、電磁抱閘裝置、電源柜、可控硅控制柜、電阻箱、啟動裝置、操作臺等。其中，電磁抱閘裝置在失電狀態下將處于完全抱緊（制動）狀態。 絞車拖動6節車斗，用于裝運原煤。車斗運行最大坡度為25°，具體路線軌跡如圖1所示。單程運行總長度為160米。 1. 系統主要參數 額定轉速965轉／分，繩速1.3m／s（最大2m／s）；6節車斗，每車自重500Kg，滿載時裝煤600Kg，鋼絲繩直徑φ18.5mm；路軌總長160米，最大斜度為25°。 2.原系統優缺點 原系統的優點主要表現在機械抱閘（制動）方面。該抱閘裝置設計簡潔巧妙，可靠性高，在長期使用中性能穩定，并且操作簡單，便于連接系統。 原系統的主要缺點表現在調速方式落后，整個電控系統環節較多、煩鎖龐大，控制相當復雜，發生故障的幾率很多，尤其是可控硅斬波環節本身的故障率很高，增加了系統維護的壓力；并且，調速時大量的電能將消耗在電阻上，浪費很多。另外，控制系統復雜、檢修困難、維修成本高、調速范圍小、調速不平穩、無功損耗大等，都是該系統存在的致命缺點。 二.絞車系統變頻改造方案 1.試驗用變頻系統組成 通過對原絞車系統的分析，我們提出如圖3所示的實用性方案。整個系統由變頻器、泄放電阻柜和操作臺組成，如圖2所示。 采用變頻器控制后，整個電控系統連線十分簡單，與原系統相比，體積和重量大幅度減小，當然，系統的調速性能更有一個質的飛躍。 變頻調速器是通過改變電動機輸入電源的頻率來調節電機轉速的，因此調速范圍很寬，可以達到0～400HZ。頻率調節精度為0.01HZ，基本上實現了無級調速。所以，采用變頻器后，電機可以實現真正意義上的軟啟動和平滑調速。并且，變頻器提高了輸入電源的功率因數，在基頻以下為恒轉矩輸出，輸出功率隨轉速變化，因此具有很好的節電效果。 操作臺有兩個控制手柄，右手為調速手柄，左手柄為制動手柄。面板設置有電鎖、“緊急制動”按鈕、“非常制動”按鈕、控制鍵盤等，操作使用簡單直觀，并考慮了礦山電控設備的操作習慣。 變頻柜和電阻柜按照礦用一般型的標準設計，泄放單元置于電阻柜內，其面板上的調節按鈕可用來調節泄放速度，指示燈分別指示電源和工作狀態。變頻器為壁掛式結構，其功能完全按照工作需要重新設計。 2.方案簡介 圖3為煤礦斜井絞車系統變頻器控制方案。圖中電磁抱閘機構為原系統所用，這樣做主要是為保證絞車系統的安全性。泄放單元擬采用與變頻器逆變單元功率模塊同規格的開關件，以保證系統有足夠的泄放容量；而泄放電阻則采用3～6Ω/9～12KW無感電阻，以保證系統有足夠的泄放速度。 圖中由虛線框分成4個部分，1為操作臺附加控制單元；2為附加安全保護；3為電磁報閘控制單元；4為泄放單元及泄放電阻。 操作臺做了重新設計，操作習慣仍舊保持原來風格。主令開關手柄改為無級調速手柄，用于動態調速； 另加設了緊急制動按鈕，當變頻器發生故障注1時，系統自動輸出異常信號，控制系統完全抱閘，如果自動抱閘線路出現故障而不能準確執行功能時，操作該按鈕可以緊急制動；如果緊急制動也失效時，還有一級保護，即“非常制動”。“非常制動”即斷開刀閘，從而切斷機械抱閘系統的電源，達到最可靠的制動。此處，刀閘“B”只是功能表征，實施時可改做專用緊急按鈕或繼電器邏輯電路。 自動抱閘和緊急制動抱閘時，操作臺面板上的“故障抱閘”燈亮，給出燈光報警。此時，若系統未確實制動，可進行“非常制動”。 常開觸點J1為控制抱閘回路的總開關，“K”為調壓器滑動觸頭，可調節調壓器電壓輸出大小，從而改變抱閘力的大小。圖中“C”為刀開關，手動可同時切斷J2-C回路和J2繼電器線圈回路，使“K”回路有效。J2-C回路從調壓器輸出端取出固定電壓信號（其值可從實驗中測得），加到抱閘系統，給系統增加一定的阻力。這只用于“空罐下配重”期間。當然，切斷刀開關“C”，可取消該功能。從圖中還可以看出，調壓器滑動觸頭“K”回路串入了J2常閉觸點，這就保證了J2-C回路有效時，“K”回路處于斷開狀態。當然，常開點J2斷開時，“K”回路必然閉合。 “&1”只表示一種邏輯關系，其輸出用來控制繼電器J1的線圈，起到自動制動的作用。“&1”輸入的四種信號可通過檢測變頻器的輸出電流得到。“&2”的輸出用來啟動弱阻尼電路，即控制J2繼電器的線圈。 圖中“D”觸發器用作信號鎖存器，點動“緊急制動”按鈕，該脈沖信號可由“D”觸發器鎖存，從而將“T1”、“T2”鉗位在低電平，達到同時關斷繼電器J1和J2從而進入完全抱閘狀態的目的。 1.系統配置 絞車系統選用75KW繞線式電機，級數為6級；絞車線速度1.3m/s（最大2m/s）；上坡路線總長度138m，坡度25°（按最大計算）；滿載時車輛總重量6600Kg；車皮總自重3000Kg；鋼絲繩直徑18.5mm，按160m計算，重量約為36Kg，計算中可予以忽略。 注1：主要指變頻器內部的過壓、過載、過流、過熱、缺相等正常保護以及死機、復位等非正常輸出。失電時系統可自行保護。 a.大負載計算 如圖4所示，負載總重6600Kg，分解所得正壓力為6600×cos25°＝5982Kg，分解所得下滑力為6600×sin25°＝2790Kg設摩擦系數為0.1，則摩擦力為：5982×0.1＝600Kg設車斗輪轂高度為1m，則阻力矩為（600＋2790）×1×9.8＝3390×9.8=33222Nm。 此時，按坡長138m計算，動力所做功為（600＋2790）×9.8×138＝4584636J上升速度按照最大線速度2m/s計算，升到坡頂時需要運行138m，所用時間為138÷2＝69s 所以，將重車斗拖上坡頂所需功率為4584636÷69＝66444W＝66KW由計算可知，配置75KW電機可滿足絞車系統需要。但考慮安全因素（例如路軌塞堵等），配置變頻器功率應選擇90KW。 b.泄放計算 空車下放時，電機處于發電狀態。空車總重3000Kg，同上計算得下放力為3000×sin25°＝1268Kg 摩擦力為 3000×cos25°×0.1＝272Kg 發放力功率為 1268×9.8×138÷69＝24853W＝25KW 摩擦力功率為 272×9.8×138÷69＝24853W＝5.4KW 所以，實際下放功率為25－5.4＝19.6KW≈20KW，也就是說，發電功率約為20KW。這部分能量需要被泄放裝置消耗掉。設泄放閾值電壓為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，泄放電阻計算從略。