1、引言

礦井提升機(jī)是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。目前，我國(guó)絕大部分礦井提升機(jī)調(diào)速采用繞線型異步電動(dòng)機(jī)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(jī)都是20世紀(jì)60年代到70年代的產(chǎn)品，存在以下問(wèn)題：系統(tǒng)功率因數(shù)低，啟動(dòng)電流及切換電流沖擊大，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，易引起電氣及機(jī)械沖擊；控制線路復(fù)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(fèi)，且發(fā)熱嚴(yán)重致使工作環(huán)境惡化；電機(jī)滑環(huán)接觸不良，易引起設(shè)備故障，維護(hù)工作量及費(fèi)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(yùn)行噪聲高，且所有接線端柱裸露在外，對(duì)運(yùn)行安全造成極大的危害，因此，對(duì)該類型電控調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)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(jī)是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒(méi)有換向器（見(jiàn)直流電機(jī)的換向），因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)。交流電機(jī)功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬(wàn)千瓦、甚至上百萬(wàn)千瓦。但交流單機(jī)、雙機(jī)拖動(dòng)的提升系統(tǒng)以前采用繞線電機(jī)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(wèn)題如下：

（1） 提升機(jī)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(zhǔn)；

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

（3） 電阻分級(jí)切換，實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，引起電氣及機(jī)械沖擊；

（4） 再生發(fā)電時(shí)，機(jī)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(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合，會(huì)加大變壓器、供電線路等方面的投資；

（5） 低速時(shí)機(jī)械特性較軟，靜差率較大；

（6） 起動(dòng)過(guò)程和調(diào)速換擋過(guò)程中電流沖擊大，制動(dòng)不安全不可靠，對(duì)再生能量處理不力，斜井提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，故障率高；

（7） 中高速運(yùn)行震動(dòng)大，安全性較差；

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

（9） 繞線電動(dòng)機(jī)滑環(huán)存在的接觸不良問(wèn)題，容易引起設(shè)備型事故；

（10）設(shè)備體積大，發(fā)熱嚴(yán)重使工作環(huán)境惡化（甚至使環(huán)境溫度高達(dá)60℃以上）；

（11）設(shè)備維護(hù)工作量大、維護(hù)費(fèi)用高，故障率高。礦用生產(chǎn)是24h連續(xù)作業(yè)，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。

b、高壓變頻調(diào)速方案

變頻器是利用電力半導(dǎo)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(lái)，原來(lái)一直難于解決的高壓?jiǎn)栴}，近年來(lái)通過(guò)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(yīng)用于大型礦泉水應(yīng)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(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等。

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)，采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)改造提升機(jī)。

改造方案：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)關(guān)量正向起停、反向起停、緊急停機(jī)、模擬量頻率給定送給變頻器，可以控制變頻器運(yùn)行；變頻器把開(kāi)關(guān)量運(yùn)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(biāo)：

（1）提高主井提升機(jī)的效率，實(shí)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(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。

（2）提高系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)械故障對(duì)生產(chǎn)的影響。

由于電壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(dāng)前的有級(jí)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(jī)械故障。

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

（4）重斗上行時(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擦力矩，電機(jī)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)，工作于第二象限。當(dāng)另一列重車上行時(shí)，電機(jī)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(shì)能；用回饋制動(dòng)方式，可節(jié)省這部分電能。在用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)需將原轉(zhuǎn)子串電阻部分全部短接。提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，井下和井口必須用信號(hào)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，信號(hào)未經(jīng)確認(rèn)，提升機(jī)不能運(yùn)行。為安全性考慮，液壓機(jī)械制動(dòng)需要保留，并在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)械制動(dòng)和變頻器的制動(dòng)無(wú)縫結(jié)合。同時(shí)，還使用高精度測(cè)速編碼器（每轉(zhuǎn)1000脈沖）進(jìn)行運(yùn)行時(shí)機(jī)斗的位置及速度精準(zhǔn)閉環(huán)反饋，保障運(yùn)行安全。提升機(jī)傳統(tǒng)的操作方式為，操作工人坐在煤礦井口操作臺(tái)前，手握操縱桿控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)多檔調(diào)速。

4、變頻調(diào)速提升系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）提升機(jī)系統(tǒng)安全得以提高，操縱更加容易系統(tǒng)能自動(dòng)高精度地按設(shè)計(jì)的提升速度圖控制提升速度，極大地降低了提升機(jī)的操縱難度；減速時(shí)電力制動(dòng)自動(dòng)減速，提升機(jī)司機(jī)無(wú)需再用施閘手段控制提升機(jī)減速，避免了超速、過(guò)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(shí)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(duì)電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無(wú)功電流引起的線路損耗。

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

（5）電機(jī)發(fā)熱大幅減輕與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速相比電機(jī)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(jī)運(yùn)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(shí)現(xiàn)了提升全過(guò)程的電力牽引與電力制動(dòng)，機(jī)械閘只有在停車和安全回路保護(hù)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(yùn)行機(jī)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(jí)變速出現(xiàn)的齒輪箱和鋼絲繩等設(shè)備的機(jī)械故障，減少了設(shè)備的維修量和維修費(fèi)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

變頻改造后，調(diào)速平穩(wěn)，高效安全，提升機(jī)絕大部分時(shí)間都處在電動(dòng)狀態(tài)，節(jié)能十分顯著，經(jīng)測(cè)算節(jié)能30%以上，節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益巨大。變頻調(diào)速無(wú)疑是提升機(jī)調(diào)速首選方式。