1、引言

礦井提升機是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。目前，我國絕大部分礦井提升機調(diào)速采用繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)（以TKD-A為代表），這些提升機都是20世紀60年代到70年代的產(chǎn)品，存在以下問題：系統(tǒng)功率因數(shù)低，啟動電流及切換電流沖擊大，設(shè)備運行不平穩(wěn)，易引起電氣及機械沖擊；控制線路復雜，工作穩(wěn)定性和可靠性差，缺乏故障診斷功能，排查故障困難；轉(zhuǎn)子回路串接金屬電阻，消耗電能造成能源浪費，且發(fā)熱嚴重致使工作環(huán)境惡化；電機滑環(huán)接觸不良，易引起設(shè)備故障，維護工作量及費用高；另外該系統(tǒng)的電氣控制部分均采用板式結(jié)構(gòu)，體積大、運行噪聲高，且所有接線端柱裸露在外，對運行安全造成極大的危害，因此，對該類型電控調(diào)速系統(tǒng)進行改造升級是非常必要的。CnP設(shè)備管理大視野

2、技術(shù)比較

a、交流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式

交流電機是用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機已成為最常用的電機。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器（見直流電機的換向），因此結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。但交流單機、雙機拖動的提升系統(tǒng)以前采用繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式，現(xiàn)已基本淘汰完，此調(diào)速方式存在的問題如下：

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

（2） 提升機頻繁的起動、調(diào)速和制動，在轉(zhuǎn)子外電路所串電阻上產(chǎn)生相當大的功耗；

（3） 電阻分級切換，實現(xiàn)有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)，引起電氣及機械沖擊；

（4） 再生發(fā)電時，機械能回饋電網(wǎng)，造成電網(wǎng)功率因數(shù)低。尤其在供電饋線較長的應用場合，會加大變壓器、供電線路等方面的投資；

（5） 低速時機械特性較軟，靜差率較大；

（6） 起動過程和調(diào)速換擋過程中電流沖擊大，制動不安全不可靠，對再生能量處理不力，斜井提升機運行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高；

（7） 中高速運行震動大，安全性較差；

（8） 接觸器頻繁投切，電弧燒傷觸點，影響接觸器的壽命，設(shè)備維修成本較高；

（9） 繞線電動機滑環(huán)存在的接觸不良問題，容易引起設(shè)備型事故；

（10）設(shè)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）；

（11）設(shè)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(xù)作業(yè)，即使短時間的停機維修也會給生產(chǎn)帶來很大損失。

b、高壓變頻調(diào)速方案

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。高壓大功率變頻調(diào)速裝置被廣泛地應用于大型礦泉水應用生產(chǎn)廠、石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等行業(yè)的各種風機、水泵、壓縮機、軋鋼機等。

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，采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)改造提升機。

改造方案：根據(jù)現(xiàn)場工況，將老電控及電阻調(diào)速裝置全部拆除，更換新的電控系統(tǒng)，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(tǒng)，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：

（1）提高主井提升機的效率，實現(xiàn)節(jié)電的目的技術(shù)改造完成后，將現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子串電阻的轉(zhuǎn)差功率消型調(diào)速方式改為變頻變壓的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方式。在正常工況下，現(xiàn)有的大功率調(diào)速電阻群將不再使用，實現(xiàn)節(jié)電的目的。

（2）提高系統(tǒng)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(diào)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(xù)可調(diào)，電動機的起動電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊將不再存在，這將明顯地減少當前的有級調(diào)速系統(tǒng)容易出現(xiàn)的齒輪箱和鋼絲繩等設(shè)備的機械故障。

（3）提升系統(tǒng)改造后單次提升循環(huán)時間小于現(xiàn)有單次提升循環(huán)時間。

（4）重斗上行時，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擦力矩，電機處于電動工作狀態(tài)，且工作于第一象限。在重斗減速時，雖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)，工作于第二象限。當另一列重車上行時，電機處于反向電動狀態(tài)，工作在第三象限和第四象限。用能耗制動方式將消耗重力勢能；用回饋制動方式，可節(jié)省這部分電能。在用變頻器驅(qū)動時需將原轉(zhuǎn)子串電阻部分全部短接。提升機在運行過程中，井下和井口必須用信號進行聯(lián)絡(luò)，信號未經(jīng)確認，提升機不能運行。為安全性考慮，液壓機械制動需要保留，并在運行過程中實現(xiàn)液壓機械制動和變頻器的制動無縫結(jié)合。同時，還使用高精度測速編碼器（每轉(zhuǎn)1000脈沖）進行運行時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(tǒng)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(zhuǎn)多檔調(diào)速。

4、變頻調(diào)速提升系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）提升機系統(tǒng)安全得以提高，操縱更加容易系統(tǒng)能自動高精度地按設(shè)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；減速時電力制動自動減速，提升機司機無需再用施閘手段控制提升機減速，避免了超速、過卷的發(fā)生，杜絕了人工操作失誤。

（2）提升系統(tǒng)電能消耗明顯下降每年可節(jié)約電能消耗約20%一50%.變頻調(diào)速時轉(zhuǎn)子電阻被短接，加、減速階段消耗在電阻上的大量電能被節(jié)約。

（3）功率因數(shù)顯著增加功率因數(shù)將從轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的0.8左右提高到0.96以上，大大提高了設(shè)備對電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。

（4）生產(chǎn)效率進一步提高能可靠的按系統(tǒng)設(shè)計的最短時間加、減速，顯著縮短了一次提升時間，提高了生產(chǎn)效率。徹底解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)中用制動閘施閘或電機斷電自然減速來操控低速運行時速度波動大、難于控制又不安全的難題。

（5）電機發(fā)熱大幅減輕與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速相比電機定子溫度平均下降了10℃左右，轉(zhuǎn)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。

（6）系統(tǒng)維修量大幅度減少由于實現(xiàn)了提升全過程的電力牽引與電力制動，機械閘只有在停車和安全回路保護動作時才起作用，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(xù)可調(diào)，電動機的起動電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊不再存在，明顯地減少轉(zhuǎn)子電阻有級變速出現(xiàn)的齒輪箱和鋼絲繩等設(shè)備的機械故障，減少了設(shè)備的維修量和維修費用。

5 結(jié)束語

變頻改造后，調(diào)速平穩(wěn)，高效安全，提升機絕大部分時間都處在電動狀態(tài)，節(jié)能十分顯著，經(jīng)測算節(jié)能30%以上，節(jié)電經(jīng)濟效益巨大。變頻調(diào)速無疑是提升機調(diào)速首選方式。