礦井提升機的變頻調速改選方案

　　一、概況

　　礦井提升機是煤礦，有色金屬礦生產過程中的重要設備。提升機的安全、可靠運行，直接關系到企業的生產和經濟效益。山西某煤礦井下采煤，采好的煤通過斜井用提升機將煤車拖到地面上來。這種拖動系統要求電機頻繁的正、反轉起動，減速制動，而且電機的轉速一定規律變化。斜井提升機的機械結構示意圖(1)所示。斜井提升機的動力由繞線式電機提供，采用轉子串電阻調速。

　　目前，大多數中、小型礦井采用斜井絞車提升，傳統斜井提升機普遍采用交流繞線式電機串電阻調速系統，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統由于調速過程中交流接觸器動作頻繁，設備運行的時間較長，交流接觸器主觸頭易氧化，引發設備故障。另外，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經常會造成停車位置不準確，提升機頻繁的起動，調速和制動，在轉子外電路所串電阻上產生相當大的功耗。這種交流繞線式電機串電阻調速系統屬于有級調速，調速的平滑性較差：低速時機械性較軟，靜差率大：電阻上消耗的轉差功率大，節能較差：起動過程中和調速換檔過程中電流沖擊大：中高速運行震動大，安全性較差。

　　二、改造方案

　　為克服傳統交流繞線式電機串電阻調速系統的缺點，采用變頻調速技改造提升機，可以實現全頻率(0~50HZ)范圍內的恒轉矩控制。對再生能量的處理，可采用價格低廉的能耗制動方案或節能更加顯著的回饋制動方案。為安全性考慮，液壓機械抽動需要保留，并在設計過程中對液壓機械抽動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機變頻調速方下如圖(2)所示：

　　三、方案實施

　　斜井提升是典型的摩擦性負載，即恒轉矩特性負載。重車上行時，電機的電磁轉矩必須克服負載阻轉矩，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，且工作于第一象限，在重車減速時，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，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，工作在第三象限和第四象限，另外有占總運行時間10%的時候單獨運送工具或器材到井下時，電機純粹處于第二或第四象限，此時電機長時間處于再生發電狀態，需要進行有效的制動。因此采用能耗抽動單元加能耗電阻的制動方案。

　　提升機的負載特性為恒轉矩位能負載，起動力矩較大，選用變頻器時適當地留有余量。因此選用深川高性能矢量通用系列變頻器。由于提升機電機絕大部分時間都處于電動狀態，公在少數時間有再生能量產生，變頻器接入一制動單元和抽動電阻，變可以滿足重車下行時的再生制動，實現平穩的下行。井口還有一個液壓機械制動器，類似電磁抱閘，此抽動器用于重車靜止時的制動，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機械制動制動。液壓機械制動器受原控制系統和變頻器共同控制，機械制動是否制動受變頻器頻率到達端口的控制，起動時當變頻器的輸出頻率達到設定值，例如2.00HZ，變頻器TA、TB、TC端口輸出信號，表示電機轉矩已足夠大，打開液壓機械制動器，重車可上行：減速過程中，當變頻器的頻率下降到2.00HZ時，表示電機轉矩已較小，液壓機械制動器制動停車。緊急情況時，按下緊急停車按鈕，變頻器自由停機，液壓機械制動器馬上起作用，使提升機在盡量短的時間由停車。

　　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、反轉和三檔速度。為適應操作工作這種操作方式，變頻器采用多段速度設置，FWD、REV設為正反轉，X1、X2、X3設為低、中、高三擋速度。變頻調速原理圖。

　　變頻器的設置如下：E—01;1;E—02;0;E—13;40;E—18;6;E—23;100E—28;2.00E—33;2.00;F—01;5;F—02;6;F—03;7;F—09;10.0;F—10;30.0;F—12;50.0;其它按現場要求設置。以上設置請參照SVF-EV系列說明書。

　　四、提升機工作過程

　　提升機經過變頻調速改造后，系統的工作過程變化不大，操縱桿控制電機正轉三檔速度和反轉三檔速度。不管電機正轉還是反轉，都是從礦井中將煤拖到地面上來，電機工作在正轉和反轉電動狀態，只有在滿載拖車快接近井口時，需要減速并制動，提升機工作時序圖如圖(4)所示。

　　提升機無論正、反轉其工作過程是相同的,都有起動、加速、中速運行、穩定運行、減速低速運行、制動停車等七個階段。每提升一次運行的時間，與系統的運行速度,加速度及斜井的嘗試有關，各段加速度的大小，根據工藝情況確定，運行的時間由操作工作根據現場的狀況自定。圖中各個階段的工作情況說明如下：

　　第一階段0~t1：串車車廂在井底工作面裝滿煤后，發一個聯絡信號給井口提升機操作工作，操作工作在回復一個信號到井底，然后開機提升。重車從井底開始上行，空車同時在井口車場位置開始下行。

　　第二階段t1~t2:重車起動后，加速到變頻器的頻率為f2的速度運行，中速運行的時間較短，只是一過渡段，加速時間內設備如果沒有問題，立即再加速到正常運行速度。

　　第三階段t2~t3:再加速段。

　　第四階段t3~t4:重車以變頻器頻率為f3的最大速度穩定運行，一般這段過程最長。

　　第五階段t4~t5:操作工人看到重車快到井口時立即減速，如果減速時間設置較短時，變頻器制動單元和制動電阻起作用，不致因減速過快而跳閘。

　　第六階段t5~t6:重車減速到低速以變頻器頻率為f1速度低速爬行，便于在規定的位置停車。

　　第七階段t6~t7:快到停車位置時，變頻器立即停車，重車減速到零，操作工人發一個聯絡信號到井下，整個提升過程結束。

　　以上為人工操作程序，也可按操作臺自動工作。

　　圖中加速和減速段的時間均在變頻器上設置。

　　五、結語

　　繞線式電機轉子串電阻調速，電阻上消耗大量的轉差功率，速度越低，水泵的轉差功率越大。使用變頻調速，是一種不耗能的高效的調速方式。提升機絕大部分時間都處在電動狀態，節能十分顯著，經測算節能30%以上、取得了很好的經濟效益。另外，提升機變頻調速后，系統運行的穩定性和安全性得到大大的提高，減少了運行故障和停工檢修工時，節省了人力和物力，提高了運煤能力，間接的經濟效益也很可觀。