礦井提升機廣泛用于煤炭、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備等，是礦井系統(tǒng)設備的咽喉，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。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。并得到了很好的應用

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

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

(2) 控制系統(tǒng)復雜，導致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機碳刷輕易損壞，維護工作量很大，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現(xiàn)速度控制，特別是在負載發(fā)生變化時，很難實現(xiàn)恒減速控制，導致調(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，造成了很大的機械沖擊，導致電機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，帶負載能力差，無法實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩提升。

提升機應用變頻調(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)實現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(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度。

(4)運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。

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

(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，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，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置，F(xiàn)WD、REV設為正反轉(zhuǎn)，D1、D2、D3設為運行頻率6Hz、18Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以適應控制系統(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存，并在設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)運行的可靠性。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)操縱與控制

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，證實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，又減少了停機維修時間，從而進步了產(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%。