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　　1、引言

　　山東新汶礦務局協(xié)莊煤礦井下暗井550絞車，原老系統(tǒng)電網(wǎng)電壓為6kV，電機功率260 kW。原提升機的動力由繞線式電機提供，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)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，并滿足《煤礦安全規(guī)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(wěn)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，從國家煤炭防爆安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心獲悉，國內(nèi)外至今沒有應用于我國煤礦井下提升機的高壓提升機變頻器，合康億盛在這個領(lǐng)域是開拓者。

拆分的變頻器在井下重新安裝

　　2、技術(shù)比較

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

　　交流電機因為其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、壽命長、故障率低、維修方便、價格便宜等諸多優(yōu)點得以廣泛應用，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，容易引起設備型事故;

　　（10）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）;

　　（11）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(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

　　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，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。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，可實現(xiàn)電機0到最大速度無級調(diào)速給定。當然變頻器還可實現(xiàn)按鈕啟動和自動提升。

　　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備的機械故障，減少了設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。