变频器在斜井架空乘人装置中的应用

时间：2024-05-17

李晓飞

（山西高平科兴前和煤业有限公司，山西晋城 048400）

1 概述

该煤矿是以山西省高平市科兴集团股份有限公司为主体公司的一个煤矿企业，地处高平市区西南，行政隶属于马村镇，是一个设计能力为120万t/年的改扩建矿井。其开拓方式为斜井开拓，主斜井主要用于入井人员上下，长388 m，坡度为22°。根据《煤矿安全规程》第三百六十五条规定：人员上下的主要倾斜井巷，垂深超过50 m时，应采用机械运送人员。

该煤矿于2006年引进了湘潭市恒欣实业有限公司生产的RJY37-22/388型架空乘人装置，实现了机械运送人员的目的。但经过一段时间的实际运行后发现，该装置在实践过程中，存在一定问题，所以通过市场调查和理论论证，决定对其控制装置进行技术改造——利用变频工作原理对架空乘人装置的运行速度进行控制，从而实现对架空乘人装置的重载软启动、软停车，以达到安全、高效、平稳运行的目的。

2 架空乘人装置的工作原理及存在的问题

2.1 工作原理

架空乘人装置是将闭合钢丝绳安装在驱动轮、托绳轮、压绳轮、迂回尾轮上，并经尾轮部分的重锤张紧装置拉紧后，依靠钢绳和驱动轮的摩擦力，通过驱动装置的电动机输出的动力，带动减速机上的驱动轮，来带动钢丝绳做循环无极运动。乘人吊椅则通过抱索器与钢丝绳机械锁紧，在运行的钢丝绳上，随钢丝绳的循环运行做上行或下行，从而实现输送人员的目的。

2.2 存在的问题

该企业每年都迎接大量的外来人员到矿参观学习和检查，在出入井乘坐架空乘人装置时，由于乘人吊椅一直处于运动中，而部分人员不熟悉其操作性能，极易造成人员摔倒或乘坐困难，给安全管理埋下了隐患。同时，架空乘人装置在直接启动时，瞬间会增大所用钢丝绳的动张力，缩短钢丝绳的使用寿命，乘人吊椅也会因突然受力而增大摆动幅度，给架空乘人装置的安全运行带来隐患。综上所述，为了能够更好地确保其安全高效运行，就必须得降低架空乘人装置无人乘坐时的运行速度，使其达到有载加速、空载降速，以及重载软启动、软停车，并能根据实际情况灵活调速，达到安全、高效运行的目的。

3 解决方案

根据本单位实际情况，最后选用BPJ1-160/660（380）型变频器对架空乘人装置的运行速度变化进行有效控制。这在确保了架空乘人装置安全高效运行的同时，也为企业的节能降耗起到了一定作用。

3.1 变频器工作原理

变频器是在控制过程中改变输出电源的频率和电压，从而实现对电动机的速度控制。本次技术改造中所选用的变频器是以控制频率为目的，也是作为电机调速设备中的优选设备。变频器控制有两种控制方式：即V/F控制和矢量控制。V/F控制多用在水泵、风机等不需要很大起动转矩的工作场所；矢量控制多用在提升机、皮带机等重载起动需要很大的起动转矩的工作场所。它可改善电机在低速时转矩的不足，即使在低速工作时，也能输出足够的转矩。本企业架空乘人装置技改所用变频器为矢量控制方式，采用二极管整流，并用最新的IGBT功率器件组成逆变器，由交流整流成直流，经滤波电容后进入功率模块的输入端，逆变为适当频率相位和电压的交流电压，给驱动电动机供电，从而达到控制运行速度变化的目的。又因变频器的输入电压在零至额定电压之间，输出频率在0～50 Hz之间变化，因此，可以通过时间控制来实现重载软启动、软停车等的实际功效。

3.2 速度变化比较

架空乘人装置原来的正常运行速度是1.2 m/s，这对熟悉其操作性能的下井人员来说也很方便，但是对于偶尔来的外来人员或不经常下井的人员来说，乘坐时就会感到困难。在通过技改后，面对此种情况，架空乘人装置的管理人员可以通过BPJ1-160/660（380）型变频器上的手动旋转开关来选择不同的运行速度（变频器上可以调节的速度有 5 种：1.2m/s、1.0m/s、0.9m/s、0.7m/s、0.5m/s），并可以通过与变频器相配套的KXA-1型本安控制显示台，显示出当前的速度值而便于操作。

通过技术论证和实际操作，本企业选用0.7 m/s的速度作为对不熟悉操作性能等人员入井时乘坐的最佳运行速度，在原来1.2 m/s的速度上降低了41.7%，平缓的运行速度更加方便了人员乘坐。

另外，变频器投入使用后，架空乘人装置在启动时通过8 s的时间，使速度由零逐渐达到正常运行的1.2 m/s，大大减少了直接启动时对钢丝绳的动张力，也使架空乘人装置的吊椅摆动幅度降低到最小，达到了重载软启动、软停车的目的，为其安全高效运行提供了可靠的技术保障。