礦井提升機(jī)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(gè)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(shí)間的停機(jī)維修也會(huì)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(shí)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)碳刷容易損壞，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(dòng)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(shí)，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(dòng)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，而且極容易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。 （5） 自動(dòng)化程度不高，增加了開采成本，影響了產(chǎn)量。 （6） 低電壓和低速段的啟動(dòng)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(gè)方面： （1）實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、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(dòng)及加速換擋時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)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(dòng)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(shí)間繼電器等，提高了系統(tǒng)的可靠性，操作人員的工作環(huán)境也大為改善。 （7）設(shè)有直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)、等多種制動(dòng)方式，使安全性更加可靠。 一、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)實(shí)際狀況，決定對(duì)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(zhǎng)度為450m。采用串電阻分五段速降壓起動(dòng)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(shí)工作電流在280-380A，為保證安全，提升機(jī)上行或下行起動(dòng)時(shí)，是要加制動(dòng)的，起動(dòng)完成后一瞬間再松開制動(dòng)。在這種情況下運(yùn)行電流有時(shí)候會(huì)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(dòng)時(shí)，仍是要加制動(dòng)的，變頻器輸出頻率到2Hz有足夠大的力矩時(shí)再松開制動(dòng)。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(huì)過流。在生產(chǎn)中，裝載的物料有時(shí)可能會(huì)超載，考慮重載加速時(shí)間短，選型時(shí)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(shí)候變頻器有足夠的過載能力，制動(dòng)單元為德力西CDI-BR400型適用變頻器160KW-315KW。制動(dòng)電阻功率為54KW，當(dāng)高于 700V 左右時(shí)啟動(dòng)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(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須克服負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩檫力矩，電機(jī)處于電動(dòng)工作狀態(tài)。在重車減速時(shí)，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時(shí)間較短，電機(jī)仍會(huì)處于再生狀態(tài)。當(dāng)另一列重車上行時(shí)，電機(jī)處于反向電動(dòng)狀態(tài)。另外有占總運(yùn)行時(shí)間10%的時(shí)候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時(shí)，此時(shí)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。因此采用能耗制動(dòng)單元加能耗電阻的制動(dòng)方案。 由于提升機(jī)電機(jī)絕大部分時(shí)間都處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，變頻器接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，就可以滿足重車下行時(shí)的再生制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個(gè)液壓機(jī)械制動(dòng)器，類似電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)。液壓機(jī)械制動(dòng)器受原控制系統(tǒng)和變頻器共同控制，機(jī)械制動(dòng)是否制動(dòng)受變頻器頻率到達(dá)端口的控制，起動(dòng)時(shí)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(dòng)器，重車可上行；減速過程中，當(dāng)變頻器的頻率下降時(shí)，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已較小，液壓機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)停車。緊急情況時(shí)，按下緊急停車按鈕，變頻器停機(jī)，液壓機(jī)械制動(dòng)器馬上起作用，使提升機(jī)在盡量短的時(shí)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(duì)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(duì)再生能量的處理，可采用價(jià)格低廉的能耗制動(dòng)方案。為安全性考慮，液壓機(jī)械制動(dòng)需要保留，并在設(shè)計(jì)過程中對(duì)液壓機(jī)械制動(dòng)和變頻器的制動(dòng)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)替代原工頻調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)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(yùn)行的可靠性。改造時(shí)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(gè)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(shí)，三相電源經(jīng)雙擲開關(guān)QS1、自動(dòng)空氣開關(guān)QA接至變頻器輸入端子（R、S、T）（同時(shí)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(shí)，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）操作與控制 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)靈活的操作方式。對(duì)于舊系統(tǒng)改造用變頻器，為了不改變?cè)瓉淼牟僮髁?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(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(hào)后，為保證整個(gè)系統(tǒng)安全，變頻器仍然會(huì)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)自動(dòng)減速程序速度。 經(jīng)過幾個(gè)月的運(yùn)行，證明改造的效果比較理想，主要表現(xiàn)在： 1、實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)及換檔時(shí)的軟啟動(dòng)、軟停車，減輕了對(duì)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、使用變頻器后省去原先的換檔接觸器及調(diào)速電阻，即節(jié)省了維修費(fèi)用，又減少了停機(jī)維修時(shí)間，從而提高了產(chǎn)量。同時(shí)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(cè)量時(shí)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%。