礦井提升機廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井的提升系統用作提升礦物和物料及設備等，是礦井系統設備的咽喉，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，占有非常重要的地位，礦用生產(chǎn)是連續作業(yè)的，即使短時(shí)間的停機維修也會(huì )給生產(chǎn)帶來(lái)很大損失。因此，設備的安全可靠運行就顯的特別重要。目前的電控系統存在著(zhù)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(guò)不斷的進(jìn)行技術(shù)革新，成功地開(kāi)發(fā)了德力西礦山提升機專(zhuān)用變頻器。并得到了很好的應用

　　目前礦用提升機控制系統普遍采用繞線(xiàn)電機轉子串電阻的方式進(jìn)行調速，該系統存在以下缺點(diǎn)：

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

　?。?） 控制系統復雜，導致系統的故障率高，接觸器、電阻器、繞線(xiàn)電機碳刷容易損壞，維護工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。

　?。?） 低速和爬行階段需要依靠制動(dòng)閘皮摩擦滾筒實(shí)現速度控制，特別是在負載發(fā)生變化時(shí)，很難實(shí)現恒減速控制，導致調速不連續、速度控制性能較差。

　?。?） 啟動(dòng)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，而且極容易出現“掉道”現象。

　?。?） 自動(dòng)化程度不高，增加了開(kāi)采成本，影響了產(chǎn)量。

　?。?） 低電壓和低速段的啟動(dòng)力矩小，帶負載能力差，無(wú)法實(shí)現恒轉矩提升。

　　提升機應用變頻調速技術(shù)，較原控制系統優(yōu)越性體現在以下幾個(gè)方面：

　?。?）實(shí)現了軟啟動(dòng)、軟停車(chē)，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠。

　?。?）調速連續方便，可分段予置，連續調節。

　?。?）起動(dòng)及加速換擋時(shí)沖擊電流很小，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強度。

　?。?）運行速度曲線(xiàn)成S形，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。

　?。?）安全保護功能齊全，除一般的過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、溫升等保護外，還設有連鎖保護、自動(dòng)限速保護功能等。

　?。?）甩掉了原系統加速用的轉子串電阻、交流接觸器及時(shí)間繼電器等，提高了系統的可靠性，操作人員的工作環(huán)境也大為改善。

　?。?）設有直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)、等多種制動(dòng)方式，使安全性更加可靠。
 
　　一、現場(chǎng)狀況

　　山東伏山煤礦提升機改造通過(guò)調研與論證，結合該礦井提升機的現場(chǎng)實(shí)際狀況，決定對提升機實(shí)施變頻調速改造。

　　該煤礦斜井提升機是單卷筒提升機，選用為185kW繞線(xiàn)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(cháng)度為450m。采用串電阻分五段速降壓起動(dòng)和調速，頻繁正、反向運轉，電能浪費極大。原系統電機是185KW的6極繞線(xiàn)式電機，在平時(shí)工作電流在280-380A，為保證安全，提升機上行或下行起動(dòng)時(shí)，是要加制動(dòng)的，起動(dòng)完成后一瞬間再松開(kāi)制動(dòng)。在這種情況下運行電流有時(shí)候會(huì )超過(guò)電機額定電流，達到400多安培。變頻調速后，提升機上行或下行起動(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(kāi)制動(dòng)。盡管2Hz以下電機處于堵轉狀態(tài)，但由于輸出頻率低，輸出電壓也低，電機不會(huì )過(guò)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，這樣有利于電機在過(guò)載時(shí)候變頻器有足夠的過(guò)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，當高于 700V 左右時(shí)啟動(dòng)剎車(chē)單元，讓多余的能量在通過(guò)能耗電阻消耗掉，從而保證了主器件的安全。

　　二、方案實(shí)施

　　斜井提升負載是典型的摩檫性負載，即恒轉矩特性負載。重車(chē)上行時(shí)，電機的電磁轉矩必須克服負載阻轉矩，起動(dòng)時(shí)還要克服一定的靜摩檫力矩，電機處于電動(dòng)工作狀態(tài)。在重車(chē)減速時(shí)，雖然重車(chē)在斜井面上有一向下的分力，但重車(chē)的減速時(shí)間較短，電機仍會(huì )處于再生狀態(tài)。當另一列重車(chē)上行時(shí)，電機處于反向電動(dòng)狀態(tài)。另外有占總運行時(shí)間10%的時(shí)候單獨運送工具或器材到井下時(shí)，此時(shí)電機長(cháng)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。

　　由于提升機電機絕大部分時(shí)間都處于電動(dòng)狀態(tài)，僅在少數時(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(mǎn)足重車(chē)下行時(shí)的再生制動(dòng)，實(shí)現平穩的下行。井口還有一個(gè)液壓機械制動(dòng)器，類(lèi)似電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車(chē)靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車(chē)停在斜井的斜坡上，必須有液壓機械制動(dòng)器制動(dòng)。液壓機械制動(dòng)器受原控制系統和變頻器共同控制，機械制動(dòng)是否制動(dòng)受變頻器頻率到達端口的控制，起動(dòng)時(shí)當變頻器的輸出頻率達到設定值，打開(kāi)液壓機械制動(dòng)器，重車(chē)可上行；減速過(guò)程中，當變頻器的頻率下降時(shí)，表示電機轉矩已較小，液壓機械制動(dòng)器制動(dòng)停車(chē)。緊急情況時(shí)，按下緊急停車(chē)按鈕，變頻器停機，液壓機械制動(dòng)器馬上起作用，使提升機在盡量短的時(shí)間內停車(chē)。變頻器采用多段速度設置，FWD、REV設為正反轉，D1、D2、D3設為運行頻率6Hz、18Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以適應控制系統對提升機不同運轉速度的要求。五擋速度加速和減速段的速度均在變頻器上設置。變頻調速原理圖如下圖 所示。

　　為克服傳統交流繞線(xiàn)式電機串電阻調速系統的缺點(diǎn)，采用變頻調速技術(shù)改造提升機，可以實(shí)現全頻率（0～50Hz）范圍內的恒轉矩控制。對再生能量的處理，可采用價(jià)格低廉的能耗制動(dòng)方案。為安全性考慮，液壓機械制動(dòng)需要保留，并在設計過(guò)程中對液壓機械制動(dòng)和變頻器的制動(dòng)加以整合。礦井提升機變頻調速框圖下如上所示。

　　三、電氣系統改造方案：

　　改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統的基礎上，用變頻調速系統替代原工頻調速系統，同時(shí)保留工頻調速系統，使兩套系統互為備用，增加系統運行的可靠性。改造時(shí)需要增加工、變頻轉換功能。系統運行前，將主回路和控制回路各轉換開(kāi)關(guān)切換至相應的變頻或工頻位置。具體接法如下:

　?。?） 主回路

　　增加三個(gè)三刀雙擲開(kāi)關(guān)（QS1、QS2、QS3）作為主回路切換裝置，三相電源、定子線(xiàn)圈、轉子線(xiàn)圈分別接至相應開(kāi)關(guān)的刀位置。如圖 （1）、（2）所示。

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

　　所有開(kāi)關(guān)切換至工頻位置時(shí)，三相電源經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS1、QS2接至定子線(xiàn)圈，繞線(xiàn)電機轉子線(xiàn)圈經(jīng)QS3接至原調速電阻裝置。

　?。?）操作與控制

　　依據提升機控制系統的不同，采用適當的接線(xiàn)方式，就可以實(shí)現靈活的操作方式。對于舊系統改造用變頻器，為了不改變原來(lái)的操作習慣，可以用原來(lái)的操縱系統操作變頻器。操作者通過(guò)主令控制器操縱桿控制電機正轉五擋速度和反轉五段速度，以實(shí)現電機的爬行、加速、減速、恒速運行，但在系統給出減速信號后，為保證整個(gè)系統安全，變頻器仍然會(huì )啟動(dòng)機內自動(dòng)減速程序速度。   

　　經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運行，證明改造的效果比較理想，主要表現在：

　　1、實(shí)現了啟動(dòng)及換檔時(shí)的軟啟動(dòng)、軟停車(chē)，減輕了對電網(wǎng)的沖擊。

　　2、變頻器的頻率連續調節，分段預置，使調速更加方便、可靠，運行更平穩。

　　3、使用變頻器后省去原先的換檔接觸器及調速電阻，即節省了維修費用，又減少了停機維修時(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速電阻發(fā)熱告成的高溫條件下工作。

　　4、在低速段節能效果十分明顯。伏山礦井深400多米，測量時(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)估算節電率約為30%。