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(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、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(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

原系統(tǒng)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在機械抱閘（制動）方面。該抱閘裝置設(shè)計簡潔巧妙，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)的主要缺點表現(xiàn)在調(diào)速方式落后，整個電控系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多、煩鎖龐大，控制相當復雜，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)維護的壓力；并且，調(diào)速時大量的電能將消耗在電阻上，浪費很多。另外，控制系統(tǒng)復雜、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。

二.絞車系統(tǒng)變頻改造方案

1.試驗用變頻系統(tǒng)組成

通過對原絞車系統(tǒng)的分析，我們提出如圖3所示的實用性方案。整個系統(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，當然，系統(tǒng)的調(diào)速性能更有一個質(zhì)的飛躍。
變頻調(diào)速器是通過改變電動機輸入電源的頻率來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的，因此調(diào)速范圍很寬，可以達到0～400HZ。頻率調(diào)節(jié)精度為0.01HZ，基本上實現(xiàn)了無級調(diào)速。所以，采用變頻器后，電機可以實現(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)備的操作習慣。
變頻柜和電阻柜按照礦用一般型的標準設(shè)計，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。

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(shè)計，操作習慣仍舊保持原來風格。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，當變頻器發(fā)生故障注1時，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)故障而不能準確執(zhí)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(tǒng)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(tǒng)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(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（其值可從實驗中測得），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，這就保證了J2-C回路有效時，“K”回路處于斷開狀態(tài)。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(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，達到同時關(guān)斷繼電器J1和J2從而進入完全抱閘狀態(tài)的目的。
1.系統(tǒng)配置
絞車系統(tǒng)選用75KW繞線式電機，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(nèi)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(tǒng)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(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，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(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.泄放計算
空車下放時，電機處于發(fā)電狀態(tài)。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(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，泄放電阻計算從略。