关键词：C500变频器；绕线式异步电机；矿井绞车

Abstract: This article mainly describes the application of C500 inverter which used in the mine hoist of CHENZHOU city. The original system of the mine which adopted a Wire-wound AC asynchronous motor speed control of rotor circuit series resistance. We used C500 inverter to upgrade the system, which greatly reduced the failure rate of the system, saved the electric energy and improved the production efficiency.

Key words: C500 inverter; Wire-wound AC asynchronous motor; Mine hoist

1  引言

矿井绞车是采矿生产过程中的重要设备：人员的升降，材料、设备的输送都需要通过它来完成的。矿井绞车被称为“矿井的咽喉”，是矿井井下作业和地面相联接的枢纽。矿井绞车作为矿山的一种重要设备，其运行的可靠性、安全性、经济性要求都备受关注。

2  矿井绞车电气传动要求

2.1  矿井绞车负载特性

重物上升时，电机需要克服各种阻力（包括重物的重力和摩擦力等），属于阻力负载。

重物下放时，由于重物本身具有按照重力加速度下降的能力（位能），因此，当重物的重力大于传动机构的摩擦阻力时，重物本身的重力（位能）是下降的动力，电机成了能量的接受者，故属于动力负载。

2.2  矿井绞车电机对驱动器的要求

（1）启动转矩大，调速特性好；

（2）过载能力强；

（3）低频时能输出较大转矩，悬挂时不能溜车；

（4）下放时，电机有较大再生能量产生，要求能够合理处理电机再生能量。

2.3  矿井绞车传统控制系统缺点

2.3.1  能耗大

    矿井绞车传统调速方式为绕线式电机转子串电阻调速。这种控制系统大量的转差功率消耗在转子串接的电阻上（一般情况下可占总能耗的30%以上），造成大量电能浪费，从节能和经济两方面来讲，都不可取。

2.3.2  调速性能差

    转子串电阻调速方式属于有级调速，其转速的下降是通过转子外接电阻消耗能量来实现的。最重要的是转速越低，电机的机械特性越软，输出转矩越小。且有级调速对电机和机械设备的冲击大、设备运行不平稳、调速不连续、容易掉道、故障率高。对于矿井24小时连续生产模式，经济损失大。

2.3.3  系统可靠性差

    （1）接触器频繁分、合（接触器在大电流情况下频繁分、合），经常造成接触器触点的烧结和线圈烧毁。

    （2）保护措施不完善，易发生电动机烧毁的现象。

    （3）制动器承受比较大的冲击，闸皮磨损严重，容易出现抱闸抱不紧，经常需检修、更换。

2.3.4  维护成本高

    （1）接触器、绕线式电机转子电刷、滑环经常需要维护、更换，费用较大。

    （2）减速机、制动器受冲击大，经常需要维护。

    （3）转子串电阻调速方式本身的特点最终导致的生产效率受到限制（经常出故障处于停机、维修状态）、维护工作量大、使用维修成本上升。

2.4  矿井绞车使用C500变频器的优势

（1）变频器调速性能好，启动转矩大，机械特性硬、定位准确。

（2）变频器运行平稳，对减速机、制动器的冲击小，减小设备的维护量，延长提升机的使用寿命。

（3）使用变频器后，无需再使用接触器，同时绕线式电机也可以更改为鼠笼式电机使用，无需对电刷和滑环进行维护

（4）变频器运行效率高，对电机和系统具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度提高矿井绞车电控系统的可靠性。

（5）去掉了内置调速电阻，节约电能。

3  C500变频器在矿井绞车上的应用

3.1  现场设备概况

现场带式制动矿用提升绞车如图1所示，绞车及其驱动参数配置如表1所示。

3.2  矿井绞车设备的负载特性和控制要求

根据矿井绞车设备的负载特性和控制要求，系统主要配置如表2所示。

表2  矿井绞车设备的负载特性和控制要求                                                                                                                          

3.3  矿井绞车变频回馈节能改造系统

升级的矿井绞车系统由变频器、PLC、接触器、制动单元和制动电阻等构成，可实现以下功能：

（1）系统改造后提升电机的变频控制方式与原有的转子串电阻工频控制方式可以自由切换，两种控制方式切换相互电气联锁，保证系统工作的安全性。

（2）系统改造后保留矿井绞车原有的操作方式和习惯，即保留原有的凸轮控制器的档位控制和操作方式。这样，既不会影响矿井绞车操作员的正常操作，又保证了矿井绞车特种设备检验合格。

（3）提升机构的变频系统，具有短路、过电压、过电流、缺相、过载、过温等多种保护功能，最大限度的保护矿井绞车的提升机构。

（4）系统采用变频器驱动提升机构电机，当电机拖动位能性负载下放时，电动机将处于再生发电状态，制动电阻将消耗多余的电能，确保系统安全运行。

系统电气控制图如图2所示。

            图2  系统电气控制图                                                                                                   

3.4  系统调试

3.4.1  PLC程序及控制回路调试

设备安装结束后，控制回路上电，主回路不上电。进行控制回路和PLC程序调试，保证控制回路和PLC逻辑控制正确，各元器件动作正常。

3.4.2  变频器调试

（1）将矿井绞车电机与减速机脱开，变频器采用V/F控制方式空载运行，拖动电机，确保电机运行稳定，正常，变频器输出电压、电流正常。

（2）将矿井绞车电机与减速机脱开，变频器采用无PG矢量控制方式，进行旋转型自学习，获得电机参数。然后采用无PG矢量控制方式空载运行，拖动电机，并调整相应参数保证电机运行稳定，变频器输出电压、电流正常。

（3）将绞车电机与减速机连接，变频器采用无PG矢量控制方式，带负载运行变频器，保证电机运行稳定。

（4）变频器部分参数设置如表3所示。

表3  变频器部分参数设置                                                                                                                                   

     （5）系统联调，保证矿井绞车空载提升和下放、重载提升和下放，各档位速度符合要求，换挡正常，变频器和PLC系统运行正常。并进行工、变频切换试验，保证切换正常，工频运行正常。

3.5  现场图片

系统现场调试图片如图3所示。

4  结束语

C500变频器在矿井绞车上的调试成功，不改变原有矿井绞车的操作方式，且原有的手刹基本可以不再使用，使操作简化。系统运行稳定、可靠，调速性能优良，启动转矩和低频转矩输出大；

C500变频器在矿井绞车上成功应用，提高了矿山行业的提升绞车设备的自动化水平，加快了矿山行业的产业装备升级。对提高矿山行业的产能，保证矿山行业安全生产都起到了积极的作用。

更为重要的是，矿井提升绞车设备属于矿山大型设备，其能耗占整个矿山生产总能耗比重大，变频电控系统相比绕线式电机转子串电阻调速系统，能够大幅节约电能，真正的为矿山行业降低成本，产生良好的经济效益。

参考文献：

[1]深圳市新科瑞电气技术有限公司. C500高性能矢量变频器用户手册[Z]. 深圳:深圳市新科瑞电气技术有限公司,2020.
[2]谢锡纯,李晓豁,等. 矿山机械与设备[M]. 徐州:中国矿业大学出版社,2000.

[3]王荣祥，任效乾,等. 矿山工程与设备技术[M]. 北京:冶金工业出版社,2005.

第一作者简介：

李刚山 男 1980-04-09。15年变频器行业研发和技术应用经验，拥有6项发明专利（其中5项发明专利为第一发明人），深圳市电气工程中职职称，现任深圳市新科瑞电气技术有限公司 技术部总监。