1、引言

    山東新汶礦務局協莊煤礦井下暗井550絞車，原老系統電網電壓為6kV，電機功率260kW。原提升機的動力由繞線式電機提供，采用轉子串電阻調速。

    將高壓四象限運行、矢量控制、能量反饋型變頻技術、PLC提升機電控技術應用在井下斜井提升機上，并滿足《煤礦安全規程》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品質量監督檢驗中心獲悉，國內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，合康億盛在這個領域是開拓者。 

    2、技術比較

    a、交流調速系統轉子串電阻調速方式

    交流電機因為其結構簡單、體積小、重量輕、壽命長、故障率低、維修方便、價格便宜等諸多優點得以廣泛應用，但交流單機、雙機拖動的提升系統以前采用繞線電機轉子串電阻的調速方式，現已基本淘汰完，此調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，經常造成停車位置不準；

    (2)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；

    (3)電阻分級切換，實現有級調速，設備運行不平穩，引起電氣及機械沖擊；

    (4)再生發電時，機械能回饋電網，造成電網功率因數低。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速不連續，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，發熱嚴重使工作環境惡化(甚至使環境溫度高達60℃以上)；

    (11)設備維護工作量大、維護費用高，故障率高。礦用生產是24h連續作業，即使短時間的停機維修也會給生產帶來很大損失。

    b、高壓變頻調速方案

    為克服傳統交流繞線式電機串電阻調速系統的缺點，采用高壓變頻調速技術改造提升機。

    改造方案：根據現場工況，將老電控及電阻調速裝置全部拆除，更換新的電控系統，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；變頻器把開關量運行、故障、就緒、模擬量輸出電流、輸出頻率給電控系統，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、技術改造總目標：

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

    (2)提高系統的運用可靠性、安全性技術改造完成后，由于在正常工況下不再使用大功率調速電阻群，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的影響。

    由于電壓和頻率均連續可調，電動機的起動電流可得到有效控制，轉矩沖擊將不再存在，這將明顯地減少當前的有級調速系統容易出現的齒輪箱和鋼絲繩等設備的機械故障。

    (3)提升系統改造后單次提升循環時間小于現有單次提升循環時間。

    (4)重斗上行時，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，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。用能耗制動方式將消耗重力勢能；用回饋制動方式，可節省這部分電能。在用變頻器驅動時需將原轉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絡，信號未經確認，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液壓機械制動和變頻器的制動無縫結合。同時，還使用高精度測速編碼器(每轉1000脈沖)進行運行時機斗的位置及速度精準閉環反饋，保障運行安全。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、反轉多檔調速。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，可實現電機0到比較大速度無級調速給定。當然變頻器還可實現按鈕啟動和自動提升。

    4、變頻調速提升系統的優點

    (1)提升機系統安全得以提高，操縱更加容易系統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、過卷的發生，杜絕了人工操作失誤。

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

    (3)功率因數顯著增加功率因數將從轉子串電阻調速的0．8左右提高到0．96以上，大大提高了設備對電網容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。

    (4)生產效率進一步提高能可靠的按系統設計的比較短時間加、減速，顯著縮短了一次提升時間，提高了生產效率。徹底解決了傳統系統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)電機發熱大幅減輕與轉子串電阻調速相比電機定子溫度平均下降了10℃左右，轉子溫度平均下降了20℃左右，使電機運行的故障率大幅度減少。

    (6)系統維修量大幅度減少由于實現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可調，電動機的起動電流可得到有效控制，轉矩沖擊不再存在，明顯地減少轉子電阻有級變速出現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結束語

    變頻改造后，調速平穩，高效安全，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，節電經濟效益巨大。變頻調速無疑是提升機調速首選方式。