礦井提升機(jī)廣泛用于煤炭、有色金屬、玄色金屬、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(jī)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(yùn)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(jī)的技術(shù)改造要求迫在眉睫。我們德力西(杭州)變頻器有限公司在研制提升機(jī)變頻器方面作了相當(dāng)大的努力。通過不斷的進(jìn)行技術(shù)革新，成功地開發(fā)了德力西礦山提升機(jī)專用變頻器。并得到了很好的應(yīng)用

目前礦用提升機(jī)控制系統(tǒng)普遍采用繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方式進(jìn)行調(diào)速，該系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：

(1) 大量的電能消耗在轉(zhuǎn)差電阻上，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，同時電阻器的安裝需要占用很大的空間。

(2) 控制系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)碳刷輕易損壞，維護(hù)工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。

(3) 低速和爬行階段需要依靠制動閘皮摩擦滾筒實(shí)現(xiàn)速度控制，特別是在負(fù)載發(fā)生變化時，很難實(shí)現(xiàn)恒減速控制，導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。

(4) 啟動和換檔沖擊電流大，造成了很大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命大大降低，而且極輕易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。

(5) 自動化程度不高，增加了開采本錢，影響了產(chǎn)量。

(6) 低電壓和低速段的啟動力矩小，帶負(fù)載能力差，無法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩提升。

提升機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，較原控制系統(tǒng)優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)實(shí)現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。

(2)調(diào)速連續(xù)方便，可分段予置，連續(xù)調(diào)節(jié)。

(3)起動及加速換擋時沖擊電流很小，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，簡化了操縱、降低了工人的勞動強(qiáng)度。

(4)運(yùn)行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。

(5)安全保護(hù)功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有連鎖保護(hù)、自動限速保護(hù)功能等。

(6)甩掉了原系統(tǒng)加速用的轉(zhuǎn)子串電阻、交流接觸器及時間繼電器等，進(jìn)步了系統(tǒng)的可靠性，操縱職員的工作環(huán)境也大為改善。

(7)設(shè)有直流制動、能耗制動、等多種制動方式，使安全性更加可靠。

一、現(xiàn)場狀況

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

該煤礦斜井提升機(jī)是單卷筒提升機(jī)，選用為185kW繞線式6極電機(jī)，卷筒直徑 1200mm，減速器減速比24：1，最高運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)，電能浪費(fèi)極大。原系統(tǒng)電機(jī)是185KW的6極繞線式電機(jī)，在平時工作電流在280-380A，為保證安全，提升機(jī)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(yùn)行電流有時候會超過電機(jī)額定電流，達(dá)到400多安培。變頻調(diào)速后，提升機(jī)上行或下行起動時，還是要加制動的，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(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，但由于輸出頻率低，輸出電壓也低，電機(jī)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(jī)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(dāng)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(shí)施

斜井提升負(fù)載是典型的摩檫性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車上行時，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動時還要克服一定的靜摩檫力矩，電機(jī)處于電動工作狀態(tài)。在重車減速時，固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(jī)仍會處于再生狀態(tài)。當(dāng)另一列重車上行時，電機(jī)處于反向電動狀態(tài)。另外有占總運(yùn)行時間10%的時候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時，此時電機(jī)長時間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)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(jī)電機(jī)盡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，變頻器接進(jìn)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(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個液壓機(jī)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(jī)械制動器制動。液壓機(jī)械制動器受原控制系統(tǒng)和變頻器共同控制，機(jī)械制動是否制動受變頻器頻率到達(dá)端口的控制，起動時當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定值，打開液壓機(jī)械制動器，重車可上行;減速過程中，當(dāng)變頻器的頻率下降時，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已較小，液壓機(jī)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(jī)，液壓機(jī)械制動器馬上起作用，使提升機(jī)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(yùn)行頻率6Hz、18Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以適應(yīng)控制系統(tǒng)對提升機(jī)不同運(yùn)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(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，采用變頻調(diào)速技術(shù)改造提升機(jī)，可以實(shí)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(jī)械制動需要保存，并在設(shè)計(jì)過程中對液壓機(jī)械制動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機(jī)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(jī)用變頻器是在原提升機(jī)電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用變頻調(diào)速系統(tǒng)替換原工頻調(diào)速系統(tǒng)，同時保存工頻調(diào)速系統(tǒng)，使兩套系統(tǒng)互為備用，增加系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。改造時需要增加工、變頻轉(zhuǎn)換功能。系統(tǒng)運(yùn)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接至變頻器輸進(jìn)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(jī)定子線圈，繞線電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)QS3接至原調(diào)速電阻裝置。

(2)操縱與控制

依據(jù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的不同，采用適當(dāng)?shù)慕泳€方式，就可以實(shí)現(xiàn)靈活的操縱方式。對于舊系統(tǒng)改造用變頻器，為了不改變原來的操縱習(xí)慣，可以用原來的操縱系統(tǒng)操縱變頻器。操縱者通過主令控制器操縱桿控制電機(jī)正轉(zhuǎn)五擋速度和反轉(zhuǎn)五段速度，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的爬行、加速、減速、恒速運(yùn)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(jī)內(nèi)自動減速程序速度。

經(jīng)過幾個月的運(yùn)行，證實(shí)改造的效果比較理想，主要表現(xiàn)在：

1、實(shí)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(yùn)行更平穩(wěn)。

3、使用變頻器后省往原先的換檔接觸器及調(diào)速電阻，即節(jié)省了維修用度，又減少了停機(jī)維修時間，從而進(jìn)步了產(chǎn)量。同時改善了惡劣操縱環(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，丈量時用電度表，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%。