卷扬机变频控制系统设计方案

“卷扬机变频操控系统”是专门针对金矿竖井作业中罐笼升降而设计开发的拖动控制系统。该系统主要用于卷扬机电机的拖动调速，充分考虑了低速力矩、空停制动和安全保护等问题，可以取消原交流绕线电动机，电机碳刷和滑环不再存在，取消原用于调速的接触器及大功率电阻排。彻底杜绝了原调速系统维修成本高、维护工作量大、能耗高、调速性差的缺陷。
图1－1 卷扬机变频操控系统安装联机示意图
“卷扬机变频操控系统”由一个操控台和一个变频柜（其中包括变频调速器、泄放单元和泄放电阻等）组成，如图1－1所示（图中未画出液压站）。其中操控台，液压站和液压抱闸装置均为沿用原系统装置。

与原卷扬机系统相比，“卷扬机变频操控系统”保护功能强大、安全系数高、可操作性好、体积小、重量轻、故障率低。输出转矩大、制动可靠、无级平滑调速、运行停机平稳、对罐快速方便，并且由于功能配置简洁合理，使用维护方便，工作安全可靠，大大降低了整个系统的购置成本和维修费用。
在系统设计中，特别增加了多种保护措施，并且各层次、各环节的保护相互关联，协同作用，使可靠性有了更大提高。系统可以自动监测电网是否正常，当电网电压过高或过低及缺相时系统可以发出报警信号并自动停止系统的运行。系统全程控制卷扬机的转速，可以有效的防止失速或超速运行。具有电动机检测功能，对电动机的相关参数进行自动检测，确定电动机的转矩提升、直流制动电压、原始电阻等参数，可以更加有效的拖动电动机及对电动机实施有效的保护。具有电动机温度检测功能，当电动机由于长时间低速运行而温度过高时，系统可以提前发出预警信号，当温度继续升高威胁电动机安全时，系统可以自动停止运行并报警。当系统运行时，会时刻检测电动机电流，当电动机过流、相间短路或断路及接地时，会自动停止以保护电动机。当卷扬机过卷时，系统自动停止卷扬机的运行，安全抱闸，并且只有反向的运行信号才可以开动卷扬机。系统可以与信号回路连锁，只有当信号有允许开车指令时才可以开动卷扬机。到达减速点时，可以自动降低运行速度。增设了“紧急制动”按钮和“非常制动”按钮，以提高制动的可靠性。一般地，当变频器发生故障时，系统自动输出异常信号，控制系统安全抱闸。如果自动抱闸线路出现故障而不能准确执行功能时，操作“紧急制动”按钮可以紧急制动；如果“紧急制动”功能也失效，则可起用“非常制动”，按下该按钮，即可切断接触器线圈的控制电源，直接启动抱闸装置，从而达到最可靠的制动。
主控制变频器意外故障需要检修时，有可能造成罐笼悬在井筒中，如果罐笼中有工作人员的话，会造成人员在井筒中长时间停留。为解决这一问题，系统设计有一套备用的小功率变频拖动系统，通过减速机与主电机轴相连。当主控制变频器故障时，系统可以切换到备用系统，以较慢的提升速度将人员提升到安全地带，保障安全生产。
变频柜由变频器、泄放单元、泄放电阻等组成。变频器是通过改变电动机输入电源的频率来调节电机转速的，因此调速范围很宽，可以达到0~400HZ。频率调节精度为0.01HZ，基本上实现了无级调速。泄放单元包括开关电源、电压采样与处理电路、脉冲信号发生与触发电路、保护电路、IGBT驱动电路及IGBT功率模块等。装置外设调节旋纽，可用来调节泄放的阀值电压和泄放速度。装置分别与变频器和泄放电阻连接。当卷扬机处于重力下滑时， 电动机处于发电状态，由泄放单元和泄放电阻对再生能量进行吸收，从而对电机的转速进行有效的控制

针对本次矿山的实际情况，考虑到矿井将来需要延伸，电动机功率可能会加大，系统的主拖动变频器选用132KW功率等级，将来可以拖动110KW电动机，备用拖动系统选用一台18.5KW变频器拖动一台15KW六极异步电动机。系统共配有泄放单元三台，与之配套的泄放电阻三组，泄放单元可以在主拖动及备用拖动系统之间切换。控制信号及保护信号的读取与连锁由一台工业可编程序控制器PLC来完成，以提高系统的可靠性和安全性。除具有声光报警外，系统还可以选装大屏幕LED显示，实时显示卷扬机的运行速度，罐笼深度等数据。