变频调速在凿井绞车中的应用

　　在煤矿以及各类金属、非金属矿山资源的开发利用过程当中，凿井绞车有着非常广泛的应用价值。特别是在井筒掘进作业过程当中，各种掘进设备以及张紧稳绳的悬吊都需要通过应用凿井绞车的方式实现。传统技术条件支持下，凿井绞车主要依赖于绕线式异步电动机拖动并运行，通过转子切电阻的方式实现对启动状态的转换同时，换挡调速采取的是建立在机械齿轮基础之上的手动模式，由此导致整个装置运行期间的调速范围较小，且潜在比较大的安全隐患。更关键的是：在这种调速方案下，凿井绞车大多仅具有两个固定的运行速度，低速状态下的就位性能较弱，因此在现场操作方面存在比较大的缺陷。为了能够对该问题进行改进优化，使凿井绞车的运行性能能够满足快速掘进施工方面的要求，可尝试引入变频调速装置，利用变频调速技术对凿井绞车调速系统进行改进。本文即尝试对该问题展开分析。

　　1 凿井绞车负载状态分析

　　在凿井绞车的运行过程当中，其升降负载运行的过程实质上是典型的位能性负载。即在凿井绞车带载提升的过程当中，电动机电磁转矩需要首先克服负载转矩才能够进入提升状态。因此，对于电动机而言，其处于电动运行状态下，对应的工作象限为第1象限。而在凿井绞车带载下降的过程当中，电动机调整为能耗制动的工作状态下，与之相对应的工作象限为第4象限。但，在凿井绞车带载悬吊的情况下，电动机断电，与电动机连锁的安全制动器以及工作制动器则处于制动状态下。

　　2 变频调速系统设计要点分析

　　2.1 变频器设计要点

　　由于凿井绞车在升降运行的过程当中会产生较大的惯性作用力，且其运行具有四象限特点，因此，在变频器的选择上非常关键。为了确保凿井绞车调速运行的安全与可靠，所选择的变频器装置所对应的电机控制方法应当以直接转矩控制技术为首选方案，在该技术方案下，能够对所有交流电动机对应的核心变量进行控制，同时将转矩作用力以及定子磁通设置为关键控制变量，同时需要其能够迅速响应负载变化以及瞬时掉电动作。在此基础之上，变频器装置需要提供绞车应用宏程序，可以实现绞车零位保护、过载保护、行程极限保护、各种故障监控及报警，模块化功能可方便实现施工现场多台绞车同步控制，确保使用时安全快速运行、故障处理容易、维护简单。

　　2.2 制动电阻设计要点

　　当凿井绞车重载下降时，受到重力加速度的影响，变频器输出频率所对应的同步转速将低于电机正常运行状态下所产生的旋转速度。在这一背景之下，电机将处于发电制动的状态下，在负载过程当中所产生的机械能转换为电能，这部分电能则直接反馈给变频器。而对于变频器而言，直流回路所对应电容受到充电作用的影响，其电压取值持续升高。为了避免电压持续升高而造成的变频器过压保护电路动作（直接切断变频器输出）问题，则还需要在控制电路系统中引入制动电阻装置。在该运行状态下，通过电阻制动的方式，在满足电机制动需求的基础之上，合理控制减速时间，以确保重物可靠就位。与此同时，若变频装置直流回路下实际电压高于预先设置的极限参数，则制动电阻将调整至工作模式。结合以往的实践工作经验来看，制动电阻的选择可以直接使用非标准电阻器或者是与变频型号配套的标准电阻器，同时确保其电阻值满足如下关系：

　　电阻值<直流电路电压?/制动状态下电机最大制动功率取值；

　　3 凿井绞车变频调速系统运行分析

　　整个凿井绞车系统通过三菱PLC输出方式对绞车的升降运行状态以及工作速度进行切换与调整。在凿井绞车升降状态的切换过程当中，最关键性的问题在于对溜车问题的预防与控制。结合已有的实践工作经验来看，在工作制动器抱住前或松开后的瞬时状态下，受到自重作用力的影响，容易出现下滑的问题。因此，为了避免凿井绞车出现重物下滑的问题，在系统改造的过程当中需要通过对变频器信号与PLC信号进行配合的方式，发挥变频器所特有的静力矩控制功能以及零速全转矩功能，圆满解决该问题。本方案下的主要工作原理是：

　　首先，从变频器零速全转矩功能的角度上来说，该变频器能够在零速状态下维持电机的高转矩状态。这样一来，在吊车自升降状态降低速度并达到零速状态的条件下，电机能够使重物在空中停止，直至工作制动器完全抱住。在此基础之上，安全制动器同步发挥制动功能，从而能够很好的解决重物下滑的问题；

　　其次，从变频器静力矩功能的角度上来说，在凿井绞车提升运行的过程当中，变频器可以在投入启动状态下自动执行直流强励磁操作，其目的是确保电机有足够大的转矩作用力，以促使重物能够在空中保持停止状态，这样一来，在工作制动器松开后不会出现重物下滑方面的问题。

　　4 结束语

　　本次研究中，进入变频器装置，在变频调速技术的干预下对凿井绞车的调速系统进行了改进与优化。由于变频器装置具有良好的启动以及调速性能，故而能够使凿井绞车的升降更加的稳定，定位更加精确，由此促进了整个凿井绞车工作性能以及安全性的提升。同时，在变频调速下，将其与PLC相互结合，系统可扩展性明显提升，避免了传统调速模式下可能存在的各种问题，速度控制更加精准，有效避免了无功能耗损失的问题。随着后续矿井数量的不断增多，凿井绞车的需求也势必会有所提升，在这一背景之下，对凿井绞车中的变频调速系统及其功能进行推广有着非常显着的现实意义与价值。