1、引言

　　山東新汶礦務(wù)局協(xié)莊煤礦井下暗井550絞車(chē)，原老系統電網(wǎng)電壓為6kV，電機功率260 kW。原提升機的動(dòng)力由繞線(xiàn)式電機提供，采用轉子串電阻調速。

　　將高壓四象限運行、矢量控制、能量反饋型變頻技術(shù)、PLC提升機電控技術(shù)應用在井下斜井提升機上，并滿(mǎn)足《煤礦安全規程》及《礦用一般型電氣設備》的要求，使設備達到各項安全保護標準，穩定運行，是礦井井下斜井提升機安全、可靠、高效提升的有效途徑。

　　領(lǐng)取高壓變頻器礦用一般型KY認證時(shí)，從國家煤炭防爆安全產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心獲悉，國內外至今沒(méi)有應用于我國煤礦井下提升機的高壓提升機變頻器，合康億盛在這個(gè)領(lǐng)域是開(kāi)拓者。

拆分的變頻器在井下重新安裝

　　2、技術(shù)比較

　　a、交流調速系統轉子串電阻調速方式

　　交流電機因為其結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、壽命長(cháng)、故障率低、維修方便、價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)得以廣泛應用，但交流單機、雙機拖動(dòng)的提升系統以前采用繞線(xiàn)電機轉子串電阻的調速方式，現已基本淘汰完，此調速方式存在的問(wèn)題如下：

　?。?） 提升機在減速和爬行階段的速度控制性能差，經(jīng)常造成停車(chē)位置不準;

　?。?） 提升機頻繁的起動(dòng)、調速和制動(dòng)，在轉子外電路所串電阻上產(chǎn)生相當大的功耗;

　?。?） 電阻分級切換，實(shí)現有級調速，設備運行不平穩，引起電氣及機械沖擊;

　?。?） 再生發(fā)電時(shí)，機械能回饋電網(wǎng)，造成電網(wǎng)功率因數低。尤其在供電饋線(xiàn)較長(cháng)的應用場(chǎng)合，會(huì )加大變壓器、供電線(xiàn)路等方面的投資;

　?。?） 低速時(shí)機械特性較軟，靜差率較大;

　?。?） 起動(dòng)過(guò)程和調速換擋過(guò)程中電流沖擊大，制動(dòng)不安全不可靠，對再生能量處理不力，斜井提升機運行中調速不連續，容易掉道，故障率高;

　?。?） 中高速運行震動(dòng)大，安全性較差;

　?。?） 接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點(diǎn)，影響接觸器的壽命，設備維修成本較高;

　?。?） 繞線(xiàn)電動(dòng)機滑環(huán)存在的接觸不良問(wèn)題，容易引起設備型事故;

　?。?0）設備體積大，發(fā)熱嚴重使工作環(huán)境惡化（甚至使環(huán)境溫度高達60℃以上）;

　?。?1）設備維護工作量大、維護費用高，故障率高。礦用生產(chǎn)是24h連續作業(yè)，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。

　　b、高壓變頻調速方案

　　為克服傳統交流繞線(xiàn)式電機串電阻調速系統的缺點(diǎn)，采用高壓變頻調速技術(shù)改造提升機。

　　改造方案：根據現場(chǎng)工況，將老電控及電阻調速裝置全部拆除，更換新的電控系統，增加一套高壓變頻器。變頻器與PLC電控硬連接方案

　　變頻器和PLC電控采用硬連接：電控把開(kāi)關(guān)量正向起停、反向起停、緊急停機、模擬量頻率給定送給變頻器，可以控制變頻器運行;變頻器把開(kāi)關(guān)量運行、故障、就緒、模擬量輸出電流、輸出頻率給電控系統，即可以正常工作。配合如下圖所示。

變頻器與PLC電控硬連接

　　3、技術(shù)改造總目標：

　?。?）提高主井提升機的效率，實(shí)現節電的目的技術(shù)改造完成后，將現有的轉子串電阻的轉差功率消型調速方式改為變頻變壓的轉差功率不變型調速方式。在正常工況下，現有的大功率調速電阻群將不再使用，實(shí)現節電的目的。

　?。?）提高系統的運用可靠性、安全性技術(shù)改造完成后，由于在正常工況下不再使用大功率調速電阻群，切換電阻用的接觸器將不再工作，較大幅度地減少電氣和機械故障對生產(chǎn)的影響。

　　由于電壓和頻率均連續可調，電動(dòng)機的起動(dòng)電流可得到有效控制，轉矩沖擊將不再存在，這將明顯地減少當前的有級調速系統容易出現的齒輪箱和鋼絲繩等設備的機械故障。

　?。?）提升系統改造后單次提升循環(huán)時(shí)間小于現有單次提升循環(huán)時(shí)間。

　?。?）重斗上行時(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擦力矩，電機處于電動(dòng)工作狀態(tài)，且工作于第一象限。在重斗減速時(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)，工作于第二象限。當另一列重車(chē)上行時(shí)，電機處于反向電動(dòng)狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限。用能耗制動(dòng)方式將消耗重力勢能;用回饋制動(dòng)方式，可節省這部分電能。在用變頻器驅動(dòng)時(shí)需將原轉子串電阻部分全部短接。提升機在運行過(guò)程中，井下和井口必須用信號進(jìn)行聯(lián)絡(luò )，信號未經(jīng)確認，提升機不能運行。為安全性考慮，液壓機械制動(dòng)需要保留，并在運行過(guò)程中實(shí)現液壓機械制動(dòng)和變頻器的制動(dòng)無(wú)縫結合。同時(shí)，還使用高精度測速編碼器（每轉1000脈沖）進(jìn)行運行時(shí)機斗的位置及速度精準閉環(huán)反饋，保障運行安全。提升機傳統的操作方式為，操作工人坐在煤礦井口操作臺前，手握操縱桿控制電機正、反轉多檔調速。為適應操作工人這種操作方式，變頻器可采用角編碼器與手握操縱桿相連，即手握操縱桿的角位移對應角編碼器的速度給定，可實(shí)現電機0到最大速度無(wú)級調速給定。當然變頻器還可實(shí)現按鈕啟動(dòng)和自動(dòng)提升。

　　4、變頻調速提升系統的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）提升機系統安全得以提高，操縱更加容易系統能自動(dòng)高精度地按設計的提升速度圖控制提升速度，極大地降低了提升機的操縱難度;減速時(shí)電力制動(dòng)自動(dòng)減速，提升機司機無(wú)需再用施閘手段控制提升機減速，避免了超速、過(guò)卷的發(fā)生，杜絕了人工操作失誤。

　?。?）提升系統電能消耗明顯下降每年可節約電能消耗約20%一50%。變頻調速時(shí)轉子電阻被短接，加、減速階段消耗在電阻上的大量電能被節約。

　?。?）功率因數顯著(zhù)增加功率因數將從轉子串電阻調速的0.8左右提高到0.96以上，大大提高了設備對電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無(wú)功電流引起的線(xiàn)路損耗。

　?。?）生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高能可靠的按系統設計的最短時(shí)間加、減速，顯著(zhù)縮短了一次提升時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。徹底解決了傳統系統中用制動(dòng)閘施閘或電機斷電自然減速來(lái)操控低速運行時(shí)速度波動(dòng)大、難于控制又不安全的難題。

　?。?）電機發(fā)熱大幅減輕與轉子串電阻調速相比電機定子溫度平均下降了10℃左右，轉子溫度平均下降了20℃左右，使電機運行的故障率大幅度減少。

　?。?）系統維修量大幅度減少由于實(shí)現了提升全過(guò)程的電力牽引與電力制動(dòng)，機械閘只有在停車(chē)和安全回路保護動(dòng)作時(shí)才起作用，因此閘瓦的磨耗大幅度減少。由于變頻運行機械特性很硬，不易發(fā)生鋼繩打滑，這將明顯減少鋼繩和鋼繩襯墊磨損。由于電壓和頻率均連續可調，電動(dòng)機的起動(dòng)電流可得到有效控制，轉矩沖擊不再存在，明顯地減少轉子電阻有級變速出現的齒輪箱和鋼絲繩等設備的機械故障，減少了設備的維修量和維修費用。

　　5 結束語(yǔ)

　　變頻改造后，調速平穩，高效安全，提升機絕大部分時(shí)間都處在電動(dòng)狀態(tài)，節能十分顯著(zhù)，經(jīng)測算節能30%以上，節電經(jīng)濟效益巨大。變頻調速無(wú)疑是提升機調速首選方式。