卷揚機變頻控制系統設計方案

“卷揚機變頻操控系統”是專門針對金礦豎井作業中罐籠升降而設計開發的拖動控制系統。該系統主要用于卷揚機電機的拖動調速，充分考慮了低速力矩、空停制動和安全保護等問題，可以取消原交流繞線電動機，電機碳刷和滑環不再存在，取消原用于調速的接觸器及大功率電阻排。徹底杜絕了原調速系統維修成本高、維護工作量大、能耗高、調速性差的缺陷。
圖1－1 卷揚機變頻操控系統安裝聯機示意圖
“卷揚機變頻操控系統”由一個操控臺和一個變頻柜（其中包括變頻調速器、泄放單元和泄放電阻等）組成，如圖1－1所示（圖中未畫出液壓站）。其中操控臺，液壓站和液壓抱閘裝置均為沿用原系統裝置。

與原卷揚機系統相比，“卷揚機變頻操控系統”保護功能強大、安全系數高、可操作性好、體積小、重量輕、故障率低。輸出轉矩大、制動可靠、無級平滑調速、運行停機平穩、對罐快速方便，并且由于功能配置簡潔合理，使用維護方便，工作安全可靠，大大降低了整個系統的購置成本和維修費用。
在系統設計中，特別增加了多種保護措施，并且各層次、各環節的保護相互關聯，協同作用，使可靠性有了更大提高。系統可以自動監測電網是否正常，當電網電壓過高或過低及缺相時系統可以發出報警信號并自動停止系統的運行。系統全程控制卷揚機的轉速，可以有效的防止失速或超速運行。具有電動機檢測功能，對電動機的相關參數進行自動檢測，確定電動機的轉矩提升、直流制動電壓、原始電阻等參數，可以更加有效的拖動電動機及對電動機實施有效的保護。具有電動機溫度檢測功能，當電動機由于長時間低速運行而溫度過高時，系統可以提前發出預警信號，當溫度繼續升高威脅電動機安全時，系統可以自動停止運行并報警。當系統運行時，會時刻檢測電動機電流，當電動機過流、相間短路或斷路及接地時，會自動停止以保護電動機。當卷揚機過卷時，系統自動停止卷揚機的運行，安全抱閘，并且只有反向的運行信號才可以開動卷揚機。系統可以與信號回路連鎖，只有當信號有允許開車指令時才可以開動卷揚機。到達減速點時，可以自動降低運行速度。增設了“緊急制動”按鈕和“非常制動”按鈕，以提高制動的可靠性。一般地，當變頻器發生故障時，系統自動輸出異常信號，控制系統安全抱閘。如果自動抱閘線路出現故障而不能準確執行功能時，操作“緊急制動”按鈕可以緊急制動；如果“緊急制動”功能也失效，則可起用“非常制動”，按下該按鈕，即可切斷接觸器線圈的控制電源，直接啟動抱閘裝置，從而達到最可靠的制動。
主控制變頻器意外故障需要檢修時，有可能造成罐籠懸在井筒中，如果罐籠中有工作人員的話，會造成人員在井筒中長時間停留。為解決這一問題，系統設計有一套備用的小功率變頻拖動系統，通過減速機與主電機軸相連。當主控制變頻器故障時，系統可以切換到備用系統，以較慢的提升速度將人員提升到安全地帶，保障安全生產。
變頻柜由變頻器、泄放單元、泄放電阻等組成。變頻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。泄放單元包括開關電源、電壓采樣與處理電路、脈沖信號發生與觸發電路、保護電路、IGBT驅動電路及IGBT功率模塊等。裝置外設調節旋紐，可用來調節泄放的閥值電壓和泄放速度。裝置分別與變頻器和泄放電阻連接。當卷揚機處于重力下滑時， 電動機處于發電狀態，由泄放單元和泄放電阻對再生能量進行吸收，從而對電機的轉速進行有效的控制

針對本次礦山的實際情況，考慮到礦井將來需要延伸，電動機功率可能會加大，系統的主拖動變頻器選用132KW功率等級，將來可以拖動110KW電動機，備用拖動系統選用一臺18.5KW變頻器拖動一臺15KW六極異步電動機。系統共配有泄放單元三臺，與之配套的泄放電阻三組，泄放單元可以在主拖動及備用拖動系統之間切換。控制信號及保護信號的讀取與連鎖由一臺工業可編程序控制器PLC來完成，以提高系統的可靠性和安全性。除具有聲光報警外，系統還可以選裝大屏幕LED顯示，實時顯示卷揚機的運行速度，罐籠深度等數據。