2005 年10月銅川某建安公司與我公司簽訂了關(guān)于開發(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，并對現(xiàn)場工作環(huán)境和工作條件做了深入調(diào)查,。之后,，我們在通用變頻器的基礎(chǔ)上，針對煤礦的特殊用途和環(huán)境條件，開發(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)場進(jìn)行了試運(yùn)行，效果理想,。在此,，奉獻(xiàn)出來與廣大顧客朋友共享。

一.原絞車系統(tǒng)簡介

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,、啟動裝置、操作臺等,。其中,，電磁抱閘裝置在失電狀態(tài)下將處于完全抱緊（制動）狀態(tài)。

絞車拖動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）方面,。該抱閘裝置設(shè)計(jì)簡潔巧妙，可靠性高,，在長期使用中性能穩(wěn)定,，并且操作簡單，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

通過對原絞車系統(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)速器是通過改變電動機(jī)輸入電源的頻率來調(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)了無級調(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。
操作臺有兩個(gè)控制手柄,，右手為調(diào)速手柄,，左手柄為制動手柄。面板設(shè)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(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。
操作臺做了重新設(shè)計(jì),，操作習(xí)慣仍舊保持原來風(fēng)格,。主令開關(guān)手柄改為無級調(diào)速手柄，用于動態(tài)調(diào)速,；

另加設(shè)了緊急制動按鈕,，當(dāng)變頻器發(fā)生故障注1時(shí)，系統(tǒng)自動輸出異常信號,，控制系統(tǒng)完全抱閘,，如果自動抱閘線路出現(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,；如果緊急制動也失效時(shí),，還有一級保護(hù),，即“非常制動”。“非常制動”即斷開刀閘,，從而切斷機(jī)械抱閘系統(tǒng)的電源,，達(dá)到最可靠的制動。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。
自動抱閘和緊急制動抱閘時(shí),，操作臺面板上的“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,，可進(jìn)行“非常制動”。
常開觸點(diǎn)J1為控制抱閘回路的總開關(guān),，“K”為調(diào)壓器滑動觸頭,，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”為刀開關(guān),，手動可同時(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（其值可從實(shí)驗(yàn)中測得）,，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，切斷刀開關(guān)“C”,，可取消該功能,。從圖中還可以看出，調(diào)壓器滑動觸頭“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”回路處于斷開狀態(tài)。當(dāng)然,，常開點(diǎn)J2斷開時(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(fā)器用作信號鎖存器,，點(diǎn)動“緊急制動”按鈕,，該脈沖信號可由“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),，級數(shù)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(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)部的過壓、過載,、過流,、過熱、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138m計(jì)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(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),?？哲嚳傊?000Kg，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，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,。