王峰-基于变频技术的矿用吊斗铲运行控制

1、吊斗铲启动时的常见故障分析 王峰（神华准格尔能源有限责任公司设备维修中心，内蒙古，准格尔旗，010300）摘要：在矿山开采的过程中，主要采用的机械就是吊斗铲，这一机械的应用，在一定程度上减少了矿工的劳动量，使得矿工的负担降低。然而吊斗铲的运用，也需要一定的电能支持，这样就造成了能源的耗损。所以，在应用矿用吊斗铲的过程中，还需要采取相应的变频技术，这样可以实现节能的效用。本文主要就针对在变频技术的基础上，对矿用吊斗铲运控制进行了简要的分析，仅供同行交流。关键词：变频技术；吊斗铲；控制 引言随着社会的发展，人们对于矿产资源的需求量逐渐的增多，为了能够满足人们对于矿产的需求，我国加大了对露天矿产的开

2、采力度。在目前的露天矿产开采中，主要是应用机械进行作业，而其中应用最为广泛的机械就是吊斗铲，该机械的应用，不仅有效的提高了作业的效率，而且减轻了矿工的作业负担，提高了矿产的开采量。但是吊斗铲在运行的过程中，也会对电能造成较大的损耗，要想解决这种问题，就需要合理的利用变频技术，依据变频及时来实现矿用吊斗铲的节能运行，从而使得矿产开发可以顺利而高效的进行。1、基于变频技术矿用吊斗铲运行控制的必要性在露天采矿作业中，通常都会应用到吊斗铲，吊斗铲也是目前应用最大的挖掘机械。这种机械在实际的应用中，具有工作效率高以及运转速率快的特点，能够长时间的运行，并且开挖的深度相对来说较深，在矿产开采中，可以使得矿

3、产开挖的深度达到80m的程度，而且可以使得斗容尽可能的接近120m³。另外，吊斗铲的使用年限也较长，其有着较强的抗磨损性能以及抗腐蚀性能，加上其在运行的过程中，所消耗的成本费用也较低，这就使得吊斗铲在矿产开采中得到了广泛的应用，并且受到了矿工人员的青睐。然而，这种吊斗铲在应用到矿产开发中时，由于不同的矿层有着不同的厚度，而且在硬度上也不尽相同，所以，吊斗铲在具体应用的过程中，电机所产生的转矩也并不相同，如果针对不同的矿层采用相同的转矩，不根据实际情况来对吊斗铲的转矩进行适当的调整，那么就会使得吊斗铲的运行效率降低，无法满足实际经济发展的需求。所以，要根据实际的矿层情况，合理的选用相应

4、的吊斗铲运行控制方法，针对吊斗铲在挖掘矿层过程中的实际情况来对吊斗铲的拖动情况进行调节，保障吊斗铲运行的合理性，选用合理的电机运行方式，使得吊斗铲的运行可以满足相应的经济效益，从而可以使得其能够有效的降低对能源的消耗，最大限度的达到节能的效应，使得运行成本相应的减少，最终保障矿产开采的经济效益。2、变频器控制电路组成系统中SIEMENS变频器直接与电机设备相连，是驱动部分的核心。其控制电路由以下几部分组成：1)I0电路。该电路使得变频器有更好人机交互性，它具有多种形式的IO(比如速度、运行等)信号，还有各种内部参数的输出(如电压、电流、频率、保护动作驱动等)信号。2)逆变器和电动机的保护电路。

5、检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。3)主电路的电压、电流检测电路。实现与主回路电位隔离检测电压、电流等。4)电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。3、变频技术的控制原理及其控制方式变频技术主要就是通过对电压的调换来进行电动机转速的调节。众所周知，在变频调速中，应用最多的一种方法就是调换电压的大小，通过改变电压的大小来对电动机的转速速率进行调整，在np，即极对数不变的情况下，n1，即同步转速会因为频率发生变化而出现一定的变化。具体的公式表达形式如

6、下： （1）其中，n表示转速，f表示频率。上述的公式主要是通过n=（1-s）n1这一公式转换得来的，利用上述的公式进行计算，可以了解到，在转速较差率，也就是s不变的情况下，转速n以及频率f两者之间呈现的是正比的关系，在转速越大的情况下，频率也会越高。根据这一比例关系，就可以了解到，针对频率进行控制，可以使得电动机的转速得到有效的控制，从而就能够在一定程度上达到节能的效果。从这一方面来分析，就能够说明，变频器在发挥调速作用的情况下，交流电源的频率也会出现相应的变化。针对电机进行速度调节的时候，要尽可能的保持磁通量的固定。一般来说，每极都会有一个固定不变的磁通量，该磁通量应用数值符号来表示就是jm

7、。当磁通量较少的时候，铁心的作用就无法真正的发挥出来，贴材料也就无法被充分的利用，这样就造成了材料的浪费。而当磁通量过大的时候，会使得磁通趋向于饱和的状态，这样就会对励磁电流有着较高的要求，会需要大量的电流才能够位置磁通的流通，这样就会使得电动机的绕组因为电流流通量较大，而出现过热的情况，从而使得电动机出现损毁，造成一定的经济损失。通常而言，直流电机汇总的励磁绕组以及电枢绕组之间并不直接联系，两者都属于独立的状态。所以，要想使得电动机不会被损毁，使得电流的流通量保持不变，只需要针对电枢反应进行适当的控制，并且在适当的时候做出一定的弥补即可。就以三相异步电机作为具体的实例进行分析，转子以及定子联

8、合作用，就会形成一定量的磁通，而着一些磁通在每一相中，通常都会产生一定的电动势，该电动势的有效值可以定义为Eg=4.44f1N1KN1jm (2)在上述的公式中，Eg所代表的就是因为气隙磁通的感应的影响，而使得每相电动势产生的相应的有效数值。而f1则指代的是定子频率，而N1指代的就是在定子中，每一个绕组在串联中所构成的绕组匝数，KN1代表的就是基波绕组所产生的系数。根据公式（2）可知，针对Eg以及f1两者的比例数值进行合理的控制，将其作为固定值，就能够使得磁通不会因为其他因素的影响而出现变化。然而，这样的情况只是成立于理论中，而在实际中，要想使得磁通固定不变，还需要充分的考虑到基频在上下两个阶

9、段所具有的不同变化，从这两个方面进行分析就可以了解到：首先，基频在下阶段进行变频调速中，会将电动势保持在固定不变的状态，根据公式（2）进行计算，就可以得出，在保持jm固定不变的情况下，利用工频对频率f1进行向下调节的过程中，就需要将Eg的数值进行合理的降低处理。然而值得注意的是，定子绕组电动势目前在控制上还无法达到精确的程度，因此，电动势的数值一般在取值上都会偏高，在没有充分考虑到定子绕组漏磁阻抗压降的情况下，就会使得定子的相电压与电动势的有效值之间并不能够形成等值。如果频率相对来说较低，那么电压以及电动势的有效值都会相应的降低，这样就会使得定子的组抗压降的作用较为明显，这时候，对其就无法进行

10、忽视。而是要利用人工的方式来对电压进行有效的提升，从而达到降低定子压力的效用。其次，基频在上阶段进行变频调速中，频率会随着工频的升高而不断的升高，然而，无论频率如何的变化，电压一定是保持不变的。在这种情况下，磁通与频率的变化是负相关的关系，随着频率的上升而不断下降，这与直流电机中的弱磁升的情况相类似。基频上下的两种调速情况连在一起，就得到了异步电动机变频调速的控制特性，而在不同的转速下电动机都具有额定的电流，那么电动机在温升容许的条件下就可长期稳定运行，其转矩基也基本上随磁通的变化而变化。基频以下属于“恒转矩调速”，基频以上属于“恒功率调速”。变频器控制方式的选择由负荷的力矩特性决定，电动机的

11、机械负载转矩特性根据下列关系式决定：P=TN/9550 (3)式中：P电动机功率，单位KW；T转矩，单位Nm；N转速，单位r/min，在转矩一定的情况下，调节转速就可实现对功率的控制，从而实现节能的目的。4、电气控制系统构成由于吊斗铲本身线性尺寸大，运载能力强，为了促使设备的各项性能充分发挥作用，以满足安全高效生产需要，则电气控制系统的优化设计尤为重要。系统运用以PLC为控制中心，以PROFIBUSDP现场总线通讯协议为数据通讯控制系统，结合变频器驱动装置先进的控制方式，再配合以德国霍伯纳(HUBNER)绝对值编码器及人机界面(HMI)等辅助设备，来完成整个系统的监控过程，使得吊斗车在运行中具

12、备了启动和停止平稳、无冲击、安全可靠的特点。系统结构图如图1所示。图1 制系统结构图5、基于PLC变频技术的吊斗铲变频节能控制为了使得吊斗铲能根据实际采掘需要不断调整转矩，就必须实现对实际转矩的数字监测，而转矩在数值上是可以通过传感器进行数据采集的。其具体实现方案是在吊斗铲的拖动电机的主轴上放置转矩传感器并让其与拖动电机同轴运行，设定转矩值的参考值，将转矩传感器采集到的信息输入到PLC中进行判断，构成闭环控制，根据实际运行方式，不断改变电源灯频率，达到节能之目的。当测得的实际转矩值大于所设定的转矩值参考值时，这说明采掘物体硬度大，需要电机提高功率，即拖动电机的转速无极上调，这时PLC发出指令，

13、令变频器提高低频率运行，进而使从动电机的转速无极上调，以此来使得测得的实际转矩值下降到给定值；当测得的实际转矩值小于所设定的转矩参考值时，这说明采掘物体硬度小，需要电机降低功率运行，即拖动电机的转速无极下调，这时PLC发出指令，令变频器降低频率运行，进而使从动电机的转速无极下调，以此来使得测得的实际转矩值上升给定值。控制原理流程图如图2所示。图2 PLC变频控制原理流程图6、结束语利用PLC变频技术对吊斗铲实现变频控制运行，可以大大提高电能的利用效率，节约电能，达到节约生产成本，提高经济效益的目的，因此，我们在实际生产过程中要大力提倡。参考文献：1 沈伟德. 变频调速技术的应用与节能J. 低压电器. 2011(01) 2 史国生主编.电气控制与可编程控制器技术M. 化学工业出版社, 20014 3 戚成龙. 使用变频技术对我