一、概況

礦井提升機是煤礦，有色金屬礦生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。提升機的安全、可靠運行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。黑龍江某煤礦井下采煤，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(tǒng)要求電機頻繁的正、反轉(zhuǎn)起動，減速制動，而且電機的轉(zhuǎn)速按照一定規(guī)律變化。斜井提升機的機械結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。

圖1斜井提升機的機械結(jié)構(gòu)示意圖

目前，大多數(shù)中、小型礦井采用斜井絞車提升，傳統(tǒng)斜井提升機普遍采用交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過程中交流接觸器動作頻繁，設(shè)備運行的時間較長，交流接觸器主觸頭易氧化，引發(fā)設(shè)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(jīng)常會造成停車位置不準確，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。這種交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)屬于有級調(diào)速，調(diào)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(zhuǎn)差功率大，節(jié)能較差；起動過程中和調(diào)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(tǒng)交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點，采用變頻調(diào)速技改造提升機，可以實現(xiàn)全頻率（0~50HZ）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)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(jié)能更加顯著的回饋制動方案。為安全性考慮，液壓機械制動需要保留，并在設(shè)計過程中對液壓機械制動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機變頻調(diào)速方法如圖（2）所示：

圖2提升機變頻調(diào)速方法

三、方案實施

斜井提升是典型的摩擦性負載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負載。重車上行時，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(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，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(fā)電狀態(tài)，需要進行有效的制動。因此采用能耗制動單元加能耗電阻的制動方案。

提升機的負載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負載，起動力矩較大，選用變頻器時適當?shù)亓粲杏嗔俊Ｒ虼诉x用普傳科技高性能矢量PI9000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(tài)，工作少數(shù)時間有再生能量產(chǎn)生，變頻器配置制動單元和制動電阻，便可以滿足重車下行時的再生制動，實現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個液壓機械制動器，類似電磁抱閘，此制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。液壓機械制動器受原控制系統(tǒng)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(shè)定值，例如2.00HZ，變頻器TA2、TC2端口輸出信號，表示電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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內(nèi)停車。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)和三檔速度。為適應(yīng)操作工作這種操作方式，變頻器采用多段速度控制，DI1、DI2設(shè)為正反轉(zhuǎn)，DI5、DI6、DI7設(shè)為低、中、高三擋速度。變頻調(diào)速原理圖如圖（3）所示。

圖3變頻調(diào)速原理圖

四、提升機工作過程

提升機經(jīng)過變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作過程變化不大，操縱桿控制電機正轉(zhuǎn)三檔速度和反轉(zhuǎn)三檔速度。不管電機正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都是從礦井中將煤拖到地面上來，電機工作在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電動狀態(tài)，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。

圖4提升機工作時序圖

提升機無論正、反轉(zhuǎn)其工作過程是相同的,都有起動、加速、中速運行、穩(wěn)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(tǒng)的運行速度,加速度及斜井的長度有關(guān)，各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定，運行的時間由操作工作根據(jù)現(xiàn)場的狀況自定。圖中各個階段的工作情況說明如下：

(1)第一階段：串車車廂在井底工作面裝滿煤后，發(fā)一個聯(lián)絡(luò)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。

(2)第二階段: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(nèi)設(shè)備如果沒有問題，立即再加速到正常運行速度。

(3)第三階段:再加速段。

(4)第四階段:重車以變頻器頻率為f3的最大速度穩(wěn)定運行，一般這段過程最長。

(5)第五階段:操作工人看到重車快到井口時立即減速，如果減速時間設(shè)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。

(6)第六階段: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(guī)定的位置停車。

(7)第七階段: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(fā)一個聯(lián)絡(luò)信號到井下，整個提升過程結(jié)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(shè)置。

五、結(jié)語

繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，電阻上消耗大量的轉(zhuǎn)差功率，速度越低，水泵的轉(zhuǎn)差功率越大。使用變頻調(diào)速，是一種不耗能的高效的調(diào)速方式。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、取得了很好的經(jīng)濟效益。另外，提升機變頻調(diào)速后，系統(tǒng)運行的穩(wěn)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(jié)省了人力和物力，提高了運煤能力，間接的經(jīng)濟效益也很可觀。