礦井提升機(jī)是一種大型提升機(jī)械設(shè)備。由電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備，以帶動(dòng)鋼絲繩從而帶動(dòng)容器在井筒中升降，完成輸送任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來(lái)。現(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大，速度高，安全性高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)重型礦山機(jī)械。主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。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(guò)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(lái)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。

變頻調(diào)速是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門新興的自動(dòng)控制技術(shù)，它利用改變被控對(duì)象的電源頻率，成功實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，使電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均有很高的效率，節(jié)能效果明顯。采用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以得到廣泛應(yīng)用。

因此，應(yīng)用礦用提升機(jī)專用變頻器，對(duì)提升機(jī)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將成為歷史的必然趨勢(shì)。

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(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(jī)專用變頻器。并得到了很好的應(yīng)用

目前全國(guó)各類礦山的提升機(jī)（絞車）多采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方案，用交流接觸器進(jìn)行速度段切換，這種調(diào)速方式在低同步狀態(tài)沒(méi)有制動(dòng)力矩，而提升工藝要求拖動(dòng)系統(tǒng)在低速爬行段能夠工作在制動(dòng)狀態(tài)（下放重物）或電動(dòng)狀態(tài)（提升重物）

傳統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)存在的不足

擋位調(diào)節(jié)，調(diào)速不連續(xù)，運(yùn)行中機(jī)械振動(dòng)大，礦車沖擊大，制動(dòng)不安全；

啟動(dòng)及換擋時(shí)沖擊電流大，啟動(dòng)電流一般是額定電流的1.7倍，有時(shí)會(huì)更大，如果加速快，甚至?xí)鹂傞_(kāi)關(guān)跳閘；

調(diào)速時(shí)大量的電能消耗在電阻上，浪費(fèi)嚴(yán)重，造成工作環(huán)境惡劣，空間噪聲大；

維修量大，不方便。由于操作時(shí)交流接觸器頻繁動(dòng)作，易造成觸點(diǎn)及線圈的燒壞，轉(zhuǎn)子更換碳刷頻繁；

耽誤生產(chǎn)。礦井是連續(xù)24小時(shí)工作，生產(chǎn)量大，任務(wù)繁重，由于電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)落后，制造工藝落后，即使是短時(shí)間的維修，也會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。

提升機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性

變頻系統(tǒng)甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境，使噪音及室溫降低了很多。

調(diào)速連續(xù)方便，分段預(yù)置，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。

實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟起動(dòng)和軟停止，使運(yùn)行更加平穩(wěn)，機(jī)械沖擊小。

啟動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，加速過(guò)程中最大啟動(dòng)電流不超過(guò)1.3倍的額定電流，提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無(wú)級(jí)平滑地升至最高速，也沒(méi)有大電流出現(xiàn)，大大地減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

增加了直流制動(dòng)功能，使重車停車時(shí)更加平穩(wěn)，有效避免了“溜溝”現(xiàn)象。

采用能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)或超級(jí)電容吸收技術(shù)，成功解決了位能負(fù)載在快速、減速或急停時(shí)的再生發(fā)電能量處理問(wèn)題，保證了變頻器的安全運(yùn)行。

轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償達(dá)到規(guī)范要求，重車啟動(dòng)正常。

節(jié)能效果顯著。據(jù)實(shí)測(cè)，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)到30%左右。而且礦井越淺，低速段運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能效果越明顯。

采用變頻控制后，原繞線式電機(jī)可改為普通電機(jī)，這不但降低了成本，普通電機(jī)比繞線式電機(jī)可節(jié)約投資1/3，而且電機(jī)維護(hù)方面，避免了轉(zhuǎn)子炭刷的燒損及維護(hù)。

一、現(xiàn)場(chǎng)狀況

山東伏山煤礦提升機(jī)改造通過(guò)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(kāi)制動(dòng)。在這種情況下運(yùn)行電流有時(shí)候會(huì)超過(guò)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(kāi)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(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(jī)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(dāng)高于 700V 左右時(shí)啟動(dòng)剎車單元，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(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(kāi)液壓機(jī)械制動(dòng)器，重車可上行；減速過(guò)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(guò)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。

礦井提升機(jī)專用變頻器的特點(diǎn)

礦用電網(wǎng)波動(dòng)較大，變頻器在（380V-10KV）±20% 能正常工作。

運(yùn)行平穩(wěn)，加減速平滑，運(yùn)行速度曲線加速段、減速段為S型，在加減速過(guò)程中可做到加速度連續(xù)，無(wú)撞擊感。

對(duì)回饋能量的處理方法：

回饋制動(dòng)，帶有能量回饋單元。將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生 能量回饋到電網(wǎng)。

變頻器在整個(gè)工作過(guò)程中提供所需要的力矩特性：

啟動(dòng)力矩大于2倍額定轉(zhuǎn)矩，尤其是當(dāng)?shù)V車停在井筒中間時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大得多。低頻轉(zhuǎn)矩在6HZ時(shí)大于1.6倍額定轉(zhuǎn)矩。

有足夠的加速力矩，適應(yīng)重車提升時(shí)的加速過(guò)程。

運(yùn)行過(guò)程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現(xiàn)鋼絲繩絞繩，會(huì)引起電機(jī)力矩的 跳變，變頻器能承受這種跳變。

運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)偶然事件，要求快速停車時(shí)能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)力矩，這時(shí)會(huì)有較大的能量饋送給變頻器。

停車狀態(tài)下，能給出大于額定轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)力矩，防止重車下滑。

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(kāi)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(kāi)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(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(kāi)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(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?lái)的操作習(xí)慣，可以用原來(lái)的操縱系統(tǒng)操作變頻器。操作者通過(guò)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(guò)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%。