礦井提升機是一種大型提升機械設(shè)備。由電機帶動機械設(shè)備，以帶動鋼絲繩從而帶動容器在井筒中升降，完成輸送任務(wù)。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來。現(xiàn)代的礦井提升機提升量大，速度高，安全性高，已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅(qū)動。廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井的提升系統(tǒng)用作提升礦物和物料及設(shè)備等，是礦井系統(tǒng)設(shè)備的咽喉，在整個生產(chǎn)過程中，占有非常重要的地位，礦用生產(chǎn)是連續(xù)作業(yè)的，即使短時間的停機維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。因此，設(shè)備的安全可靠運行就顯的特別重要。目前的電控系統(tǒng)存在著很多的不足，礦用提升機的技術(shù)改造要求迫在眉睫。

變頻調(diào)速是近年來發(fā)展起來的一門新興的自動控制技術(shù)，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現(xiàn)了交流電動機大范圍的無級平滑調(diào)速，在運行過程中能隨時根據(jù)電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態(tài)，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。采用變頻器對異步電動機進行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟效益顯著，所以得到廣泛應(yīng)用。

因此，應(yīng)用礦用提升機專用變頻器，對提升機原有控制系統(tǒng)進行改造，將成為歷史的必然趨勢。

我們德力西（杭州）變頻器有限公司在研制提升機變頻器方面作了相當大的努力。通過不斷的進行技術(shù)革新，成功地開發(fā)了德力西礦山提升機專用變頻器。并得到了很好的應(yīng)用

目前全國各類礦山的提升機（絞車）多采用交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方案，用交流接觸器進行速度段切換，這種調(diào)速方式在低同步狀態(tài)沒有制動力矩，而提升工藝要求拖動系統(tǒng)在低速爬行段能夠工作在制動狀態(tài)（下放重物）或電動狀態(tài)（提升重物）

傳統(tǒng)提升機電控系統(tǒng)存在的不足

擋位調(diào)節(jié)，調(diào)速不連續(xù)，運行中機械振動大，礦車沖擊大，制動不安全；

啟動及換擋時沖擊電流大，啟動電流一般是額定電流的1.7倍，有時會更大，如果加速快，甚至?xí)鹂傞_關(guān)跳閘；

調(diào)速時大量的電能消耗在電阻上，浪費嚴重，造成工作環(huán)境惡劣，空間噪聲大；

維修量大，不方便。由于操作時交流接觸器頻繁動作，易造成觸點及線圈的燒壞，轉(zhuǎn)子更換碳刷頻繁；

耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時工作，生產(chǎn)量大，任務(wù)繁重，由于電控系統(tǒng)設(shè)計落后，制造工藝落后，即使是短時間的維修，也會給生產(chǎn)帶來損失。

提升機應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性

變頻系統(tǒng)甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低了很多。

調(diào)速連續(xù)方便，分段預(yù)置，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。

實現(xiàn)了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小。

啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑地升至最高速，也沒有大電流出現(xiàn)，大大地減小了對電網(wǎng)的沖擊。

增加了直流制動功能，使重車停車時更加平穩(wěn)，有效避免了“溜溝”現(xiàn)象。

采用能耗制動、回饋制動或超級電容吸收技術(shù)，成功解決了位能負載在快速、減速或急停時的再生發(fā)電能量處理問題，保證了變頻器的安全運行。

轉(zhuǎn)矩補償達到規(guī)范要求，重車啟動正常。

節(jié)能效果顯著。據(jù)實測，在低速段節(jié)能明顯，一般可達到30%左右。而且礦井越淺，低速段運行時間越長，節(jié)能效果越明顯。

采用變頻控制后，原繞線式電機可改為普通電機，這不但降低了成本，普通電機比繞線式電機可節(jié)約投資1/3，而且電機維護方面，避免了轉(zhuǎn)子炭刷的燒損及維護。

一、現(xiàn)場狀況

山東伏山煤礦提升機改造通過調(diào)研與論證，結(jié)合該礦井提升機的現(xiàn)場實際狀況，決定對提升機實施變頻調(diào)速改造。

該煤礦斜井提升機是單卷筒提升機，選用為185kW繞線式6極電機，卷筒直徑 1200mm，減速器減速比24：1，最高運行速度2.5m/s，鋼絲繩長度為450m。采用串電阻分五段速降壓起動和調(diào)速，頻繁正、反向運轉(zhuǎn)，電能浪費極大。原系統(tǒng)電機是185KW的6極繞線式電機，在平時工作電流在280-380A，為保證安全，提升機上行或下行起動時，是要加制動的，起動完成后一瞬間再松開制動。在這種情況下運行電流有時候會超過電機額定電流，達到400多安培。變頻調(diào)速后，提升機上行或下行起動時，仍是要加制動的，變頻器輸出頻率到2Hz有足夠大的力矩時再松開制動。盡管2Hz以下電機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，但由于輸出頻率低，輸出電壓也低，電機不會過流。在生產(chǎn)中，裝載的物料有時可能會超載，考慮重載加速時間短，選型時變頻器容量需要加大，我們選用的變頻器為德力西CDI9000-G280kW，這樣有利于電機在過載時候變頻器有足夠的過載能力，制動單元為德力西CDI-BR400型適用變頻器160KW-315KW。制動電阻功率為54KW，當高于 700V 左右時啟動剎車單元，讓多余的能量在通過能耗電阻消耗掉，從而保證了主器件的安全。

二、方案實施

斜井提升負載是典型的摩檫性負載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負載。重車上行時，電機的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負載阻轉(zhuǎn)矩，起動時還要克服一定的靜摩檫力矩，電機處于電動工作狀態(tài)。在重車減速時，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時間較短，電機仍會處于再生狀態(tài)。當另一列重車上行時，電機處于反向電動狀態(tài)。另外有占總運行時間10%的時候單獨運送工具或器材到井下時，此時電機長時間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進行有效的制動。因此采用能耗制動單元加能耗電阻的制動方案。

由于提升機電機絕大部分時間都處于電動狀態(tài)，僅在少數(shù)時間有再生能量產(chǎn)生，變頻器接入制動單元和制動電阻，就可以滿足重車下行時的再生制動，實現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個液壓機械制動器，類似電磁抱閘，此制動器用于重車靜止時的制動，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機械制動器制動。液壓機械制動器受原控制系統(tǒng)和變頻器共同控制，機械制動是否制動受變頻器頻率到達端口的控制，起動時當變頻器的輸出頻率達到設(shè)定值，打開液壓機械制動器，重車可上行；減速過程中，當變頻器的頻率下降時，表示電機轉(zhuǎn)矩已較小，液壓機械制動器制動停車。緊急情況時，按下緊急停車按鈕，變頻器停機，液壓機械制動器馬上起作用，使提升機在盡量短的時間內(nèi)停車。變頻器采用多段速度設(shè)置，F(xiàn)WD、REV設(shè)為正反轉(zhuǎn)，D1、D2、D3設(shè)為運行頻率6Hz、18Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以適應(yīng)控制系統(tǒng)對提升機不同運轉(zhuǎn)速度的要求。五擋速度加速和減速段的速度均在變頻器上設(shè)置。變頻調(diào)速原理圖如下圖 所示。

為克服傳統(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，采用變頻調(diào)速技術(shù)改造提升機，可以實現(xiàn)全頻率（0～50Hz）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制。對再生能量的處理，可采用價格低廉的能耗制動方案。為安全性考慮，液壓機械制動需要保留，并在設(shè)計過程中對液壓機械制動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機變頻調(diào)速框圖下如上所示。

三、電氣系統(tǒng)改造方案

改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用變頻調(diào)速系統(tǒng)替代原工頻調(diào)速系統(tǒng)，同時保留工頻調(diào)速系統(tǒng)，使兩套系統(tǒng)互為備用，增加系統(tǒng)運行的可靠性。

礦井提升機專用變頻器的特點

礦用電網(wǎng)波動較大，變頻器在（380V-10KV）±20% 能正常工作。

運行平穩(wěn)，加減速平滑，運行速度曲線加速段、減速段為S型，在加減速過程中可做到加速度連續(xù)，無撞擊感。

對回饋能量的處理方法：

回饋制動，帶有能量回饋單元。將制動時產(chǎn)生的再生 能量回饋到電網(wǎng)。

變頻器在整個工作過程中提供所需要的力矩特性：

啟動力矩大于2倍額定轉(zhuǎn)矩，尤其是當?shù)V車停在井筒中間時，啟動轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在6HZ時大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。

有足夠的加速力矩，適應(yīng)重車提升時的加速過程。

運行過程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現(xiàn)鋼絲繩絞繩，會引起電機力矩的 跳變，變頻器能承受這種跳變。

運行過程中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，這時會有較大的能量饋送給變頻器。

停車狀態(tài)下，能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動力矩，防止重車下滑。

改造時需要增加工、變頻轉(zhuǎn)換功能。系統(tǒng)運行前，將主回路和控制回路各轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至相應(yīng)的變頻或工頻位置。具體接法如下：

（1） 主回路

增加三個三刀雙擲開關(guān)（QS1、QS2、QS3）作為主回路切換裝置，三相電源、定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈分別接至相應(yīng)開關(guān)的刀位置。如圖 （1）、（2）所示。

所有開關(guān)切換至變頻位置時，三相電源經(jīng)雙擲開關(guān)QS1、自動空氣開關(guān)QA接至變頻器輸入端子（R、S、T）（同時將零線接至變頻器零線端子N），變頻器輸出端子（U、V、W）經(jīng)雙擲開關(guān)QS2接至電機定子線圈，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開關(guān)QS3后處于短接狀態(tài)。

所有開關(guān)切換至工頻位置時，三相電源經(jīng)雙擲開關(guān)QS1、QS2接至定子線圈，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)QS3接至原調(diào)速電阻裝置。

（2）操作與控制

依據(jù)提升機控制系統(tǒng)的不同，采用適當?shù)慕泳€方式，就可以實現(xiàn)靈活的操作方式。對于舊系統(tǒng)改造用變頻器，為了不改變原來的操作習(xí)慣，可以用原來的操縱系統(tǒng)操作變頻器。操作者通過主令控制器操縱桿控制電機正轉(zhuǎn)五擋速度和反轉(zhuǎn)五段速度，以實現(xiàn)電機的爬行、加速、減速、恒速運行，但在系統(tǒng)給出減速信號后，為保證整個系統(tǒng)安全，變頻器仍然會啟動機內(nèi)自動減速程序速度。

經(jīng)過幾個月的運行，證明改造的效果比較理想，主要表現(xiàn)在：

1、實現(xiàn)了啟動及換檔時的軟啟動、軟停車，減輕了對電網(wǎng)的沖擊。

2、變頻器的頻率連續(xù)調(diào)節(jié)，分段預(yù)置，使調(diào)速更加方便、可靠，運行更平穩(wěn)。

3、使用變頻器后省去原先的換檔接觸器及調(diào)速電阻，即節(jié)省了維修費用，又減少了停機維修時間，從而提高了產(chǎn)量。同時改善了惡劣操作環(huán)境，使工人避免在夏季調(diào)速電阻發(fā)熱告成的高溫條件下工作。

4、在低速段節(jié)能效果十分明顯。伏山礦井深400多米，測量時用電度表，在相同耗電量的情況下，用工頻可拉19勾，而使用變頻可拉25勾，即變頻比工頻多拉6勾。經(jīng)估算節(jié)電率約為30%。