绞车是煤矿生产中一个非常重要的设施设备，是连接井下与井上的核心所在，能够为设备、物资和人员的输送提供便利。新时期，我国的煤矿产业持续发展，煤矿生产的效率不断提高，传统绞车电气控制技术暴露出很多问题，如安全性不足、能耗大、运行成本高等，无法很好的满足煤矿生产需求。将变频技术应用到煤矿绞车电气控制中，能够提高系统调节与控制能力，保障绞车运行的安全性和可靠性。
1煤矿绞车电气控制存在的问题
传统煤矿生产中，绞车电气控制系统虽然可以保证绞车的运行效率，控制效果也算比较理想，但是在面对煤矿生产的新要求时，表现出了一定的缺陷：一是安全性能低。安全性和是煤矿绞车运行的核心所在，也是保障煤矿生产顺利实施，保护工作人员人身安全的关键，而在传统的调速电阻电气控制系统中，绞车的运行安全会受到操作人员能力和经验的影响，人为因素造成的安全事故时有发生。同时，传统煤矿绞车电气控制中采用的速度调节方式电路接点数量众多，运行中容易产生误动或者拒动的情况，导致了安全问题的增加。二是运行成本高。传统绞车电气控制系统的运行成本较高，分析原因，一方面是因为绞车速度的调节是借助串联电阻实现的，能源利用率偏低，绞车运行中会产生电能的浪费问题，消耗的电量占据了绞车整体运行成本的80%左右；另一方面，绞车维护成本较高，需要3至5人才能在不影响正常生产的情况下完成绞车维护，人力成本较大。
2煤矿绞车电气控制变频技术的优势
2.1保障生产安全。煤矿绞车在使用过程中，想要保障运行安全，需要采取有效措施来提升电气控制的精度，变频技术的应用，能够增加电机转速控制的范围，也可以将绞车的运行精度数据直观的反馈给操作人员，确保其能够及时做出调整，提升绞车运行安全性，避免绞车在使用过程中出现安全事故，降低突发状况给企业带来的经济损失。
2.2降低运行成本。将变频技术应用到煤矿绞车电气控制中，能够实现对绞车运行中冲击情况的有效规避，将设备启停环节产生的损伤降低，保障设备的使用安全，降低维护成本的同时，也可以延长绞车的使用寿命。同时，变频技术可以对绞车运行中能耗过大的问题进行控制，减少能源的消耗，以此来降低绞车的运行成本。
3煤矿绞车电气控制变频技术的应用
3.1变频调速。在煤矿绞车电气控制变频调速中，可以采用交-直-交变频系统，系统的运行大致可以分为两个步骤：一是正常逆变，包含了整流、滤波和逆变三个环节，其中逆变处于核心地位，可以通过调节电动机定子供电频率的方式，对输出电压进行改变，保证良好的调速效果。二是能量回馈逆变，包含了整流、输出滤波和回馈逆变三个环节，其中，整流部分由IGBT实现，输出滤波环节的存在，使得逆变输出环节存在的调制波不会形成电网污染，有助于系统运行稳定性和可靠性的提高，而在回馈逆变环节，可以以电解电容作为电压源，保证系统的正常运行。为了确保变频调速系统中变频器运行的安全性，在针对系统进行设计的过程中，可以设置相应的刹车装置，对能量进行吸收，以此降低母线电压，保障系统安全。
3.2系统改造。在传统的煤矿绞车电气控制系统中，一般都是使用工频调速系统，想要对系统进行变频改造，可以在现有工频调速系统的基础上，做出适当的优化，新增加一套系统，实现两套控制系统并存，这样在其中一套系统出现故障时，另外一套系统可以通过备用的方式无缝切换，保证煤矿绞车的运行安全。为了保障工频系统和变频系统的和谐共处，技术人员需要做好相应的优化和改进，增加相应的工频-变频转换功能，确保在控制系统启动之前，能够将主回路和控制回路全部调整到变频位置。通过这样的方式，煤矿绞车的控制和调解变得更加灵活，可以借助PLC实现绞车的自动控制，促进其运行效率的提高，也可以手动进行启动和停止操作，以更好的应对一些突发状况。
3.3应用实例。某煤矿2#矿井深度为162.7m，井口位置设置了16.3m的钢质井架，井筒本身属于非标准断面立井。矿井绞车投运于1985年，采用的是工频调速控制系统，在长期的使用过程中，虽然有安排人员进行定期维护，但是也出现了设备老化的问题，最近几年更是频繁出现故障，安全性能无法保障，需要对绞车电气控制系统进行改造。（1）设备参数。该煤矿矿井中使用的提升机为单绳缠绕式提升机，由重庆矿山机械厂生产，型号为GKT2×2×1-20，设备运行的额定电压和额定电流分别为380V和296A，最大提升速度5m/s。（2）改造方案。在经过技术人员的研究和论证后，从简单、实用和安全的角度，保留了现有的工频控制系统，另外设置变频调速系统，包含了变频器、电阻箱、切换箱以及远程控制盒等，与工频控制系统共用安全保护装置和液压制动系统。在改造完成后，变频调速系统是主控系统，原本的工频控制系统作为备用系统。从保证控制效果的角度，需要做好变频器的选择工作，将绞车的类型、调速范围、启动转矩以及静态速度精度等参数考虑在内，同时也需要关注环境因素带来的影响。首先，因为负载属于恒载距性质，因此变频器在低速输出情况下，应该具备足够大的输出转矩和过载能力；其次，依照电机本身的额定电流，对变频器的额定电流进行选择，确保其能够不会小于电机额定电流；然后，结合电机过载倍数和变频器的过载能力，确定额定电流的最大值为493A。切换装置的设计应该能够实现两个方面的功能，一是主回路切换。利用三只单刀双掷开关来实现对于主电源、电机定子以及电机转子的工频变频切换；二是控制回路切换，借助中间继电器连接原本的操作控制回路，在使用工频控制时，变频控制的信号回路与工频控制回路的连接的断开，在使用变频控制时，则会切换到变频控制回路。（3）改造效果。①节能效果。一是绞车提升环节节能。原本的工频控制系统中，绞车提升需要消耗的能量为10982kJ，而在经过相应的变频改造后，绞车提升消耗的能量Wie9182kJ，节点效率在16.4%左右。二是绞车下放环节节能。工频控制系统中，若绞车下放速度为1.5m/s，则因为电网回馈能力以及摩擦带来的功率损耗，实际能耗计算难度较大，而在变频控制系统中，绞车下放时80%左右的重力势能将会反馈给电网，这里假设工频消耗的能量是1，则变频孔辉的节能可以达到80%。综合来讲，在引入变频技术后，煤矿绞车的综合节电率可以达到35%。②经济效益。首先，故障率降低，维修成本减少。变频调速控制系统运行稳定性强，故障率低，而且启停更加平稳，减少了对于零部件的冲击，每年可以节约维修费用10000元左右。其次，系统安全性提高，在保留原本安全保护装置的情况下，变频器本身也具有相应的保护装置，能够显著提高系统运行的安全性，减少了安全成本。最后，系统连续性提高。工频控制系统的保留，使得其能够与变频调速系统实现互备，系统发生故障是可以迅速切换，保证了煤矿绞车的正常运行，避免了绞车故障对于煤矿生产的影响。
4结语
总而言之，在煤矿生产中，绞车是地面与井下实现物资和人员传输的核心设备，其运行的效果直接关系着煤矿的正常生产，需要得到足够的重视。针对当前煤矿绞车控制系统中存在的问题，相关技术人员应该分析问题产生的原因，在煤矿绞车电气控制系统中应用变频技术，对电气控制系统的控制原理和控制性能进行改善，能够促进煤矿生产效率的提高，也可以减少能源的消耗，保障设备及工作人员的人身安全，应该得到技术人员的重视，以此来推动煤矿行业的稳定发展。
作者:张晓晖 单位:大同煤矿集团忻州窑矿机电科
