卷揚機(jī)

    一、原卷揚機(jī)系統(tǒng)簡介

原卷揚機(jī)系統(tǒng)主要由主軸裝置、減速機(jī)、繞線式電機(jī)、盤形閘、液壓站、深度指示器、天輪、配重、井架、電源柜、加速控制柜、動力制動柜、電阻柜等組成，如圖1所示。該系統(tǒng)在我國各礦區(qū)被普遍采用。

    該系統(tǒng)的工作原理是通過改變電動機(jī)正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)罐籠上升與下降，而速度的改變則靠改變串入繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻來實現(xiàn)的。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在機(jī)械抱閘制動方面。該抱閘裝置控制方便，可靠性高，在長期使用中性能穩(wěn)定，并且操作簡單，便于系統(tǒng)連接。

    這套系統(tǒng)的缺點也是明顯的，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)組成復(fù)雜，體積龐大、操作復(fù)雜、故障率較高。從實際系統(tǒng)中我們可以清楚地看到，各單元、各元件之間的連線達(dá)數(shù)百條；電阻器頻繁燒毀，電機(jī)銅頭、刷架、電刷等經(jīng)常出現(xiàn)故障等。另外，由于控制系統(tǒng)煩瑣，給檢修維護(hù)帶來很大困難，也是該系統(tǒng)的主要缺點之一。

    從系統(tǒng)運行情況，我們不難看出，原卷揚機(jī)系統(tǒng)為有級變調(diào)速，動態(tài)速度變化不平穩(wěn)、調(diào)速范圍小，對罐難度很大，操作不易掌握，尤其是運行不穩(wěn)增加了設(shè)備磨損。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)低速運行時，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差功率完全轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉。所以，該系統(tǒng)只是一種低效率、高消耗的調(diào)速裝置。

    我們知道，對于交流電機(jī)調(diào)速來說，改變電源電壓、電源頻率或電機(jī)的極對數(shù)均可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。而對于原系統(tǒng)，電機(jī)極數(shù)和施加于定子側(cè)的電源頻率均不變，因此，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也不變，所謂調(diào)速，實際是通過串聯(lián)電阻改變定子繞組上的電壓，這就使電氣傳動的穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度大大降低同時，由于串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電阻阻值不能無級變化，所以無法實現(xiàn)平滑調(diào)速。

    我們還應(yīng)注意的一點是原系統(tǒng)即使在再生能量回饋狀態(tài)下仍然消耗大量的電網(wǎng)電能，例如，空罐上升時，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，所產(chǎn)生的再生電能全部消耗在電阻上，并且由于系統(tǒng)處于制動狀態(tài)，串入的電阻同樣消耗大量的電能。這就是該系統(tǒng)的致命缺點之一。

    二、卷揚機(jī)變頻操控系統(tǒng)簡介

    變頻調(diào)速是目前交流異步電動機(jī)最理想的調(diào)速方式，它模擬直流電機(jī)的調(diào)速方法，并考慮了電動機(jī)動態(tài)性能要求，具有無級調(diào)速、響應(yīng)迅速、運行平穩(wěn)、控制靈活等特點，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

然而，迄今為止，變頻器在冶金、礦山等行業(yè)的還沒有開拓出應(yīng)有的應(yīng)用，尤其是礦井卷揚機(jī)提升設(shè)備的變頻改造，全國尚無成功范例。2001年，金蟾山金礦與歐瑞傳動有限公司合作，研制開發(fā)了“卷揚機(jī)變頻操控系統(tǒng)”，用于本礦的新建礦井中。該系統(tǒng)的研發(fā)和投入使用，在全國尚屬首次。

“卷揚機(jī)變頻操控系統(tǒng)”由變頻柜(包括變頻器、泄放單元、泄放電阻)、操控臺等組成，如圖2、圖3所示。整套系統(tǒng)體積小、重量輕、操作使用方便可靠，并且完全沿用礦山設(shè)備的操作習(xí)慣。事實上，單從系統(tǒng)外觀上看，新系統(tǒng)比原系統(tǒng)就有很大的優(yōu)越性：原系統(tǒng)共有四個電控柜或電阻柜和一個操作臺，而“卷揚機(jī)變頻操控系統(tǒng)”只有一個變頻控制柜和一個操作臺。

    泄放單元和泄放電阻的作用主要是泄放電機(jī)產(chǎn)生的再生能量。變頻系統(tǒng)本身帶有軟制動，為了安全起見，繼續(xù)應(yīng)用了原系統(tǒng)的液壓抱閘裝置，作為安全保障。

    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，基本上實現(xiàn)了無級調(diào)速。所以，采用變頻器后，電機(jī)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。

    “卷揚機(jī)變頻操控系統(tǒng)”的創(chuàng)新點之一就是在卷揚機(jī)系統(tǒng)中采用了泄放單元，該裝置包括開關(guān)電源、電壓采樣與處理電路、脈沖信號發(fā)生與觸發(fā)電路、保護(hù)電路、IGBT驅(qū)動電路及IGBT功率模塊等。裝置外設(shè)調(diào)節(jié)旋紐，可用來調(diào)節(jié)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。其中泄放電阻的大小直接影響泄放速度。

    “卷揚機(jī)變頻操控系統(tǒng)”的另一技術(shù)創(chuàng)新點就是在變頻器內(nèi)部設(shè)置了“PLC”功能，從而可以靈活控制液壓抱閘裝置，使之完成放開、抱閘和適度抱閘等不同操作功能。此處，液壓抱閘裝置為原系統(tǒng)所用，其機(jī)械可靠性早已得到證實。

    操作臺在外觀上保持了原來風(fēng)格，但內(nèi)部控制系統(tǒng)和外部指示均為全新設(shè)計。操作繼續(xù)沿用以前習(xí)慣，主令開關(guān)手柄改為無級調(diào)速手柄，用于動態(tài)調(diào)速。另外，加設(shè)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(dāng)變頻器發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動輸出異常信號，控制系統(tǒng)安全抱閘。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，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(dá)到最可靠的制動。