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(yè)的生產狀況和經濟效益。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(tǒng)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(guī)律變化。斜井提升機的機械結構示意如下圖所示。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(tǒng)斜井提升機普遍 采用交流繞線式電機串電阻調速系統(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(fā)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 路所串電阻的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(tǒng)屬于有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；電阻上消耗的轉差功 率大，節(jié)能較差；起動過程和調速換擋過程中電流沖擊大；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速系統(tǒng)的缺點，采用變頻調速技術改造提升機，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(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。 礦井提升機變頻調速方下如圖所示：

現場使用的是繞線式電動機，在用變頻器驅動時需將轉子三根引出線短接。   

三、方案實施

斜井提升負載是典型的摩檫性負載，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檫力矩，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。因此選用偉創(chuàng)高性能AC60-G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)，僅在少數時間有再生能量產生，變頻器接入一制動單元和制動電阻，就可以滿足重車下行時的再生制動，實現平穩(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器制動。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定值，例如2Hz，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2Hz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內停車。

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﹑反轉個三擋速度。為適應操作工人這種操作方式，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。變頻調速原理圖如下圖所示。

變頻器的設置如下：E-01：1；E-02：0；E-13：40；E-14：40；E-18：6；E-23：100；E-28：2.00；E-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。以上設置請參見AC60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(tǒng)的工作過程變化不大。操縱桿控制電機正轉三擋速度和反轉三段速度。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(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。

提升機無論正轉、反轉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，加速度及斜井的深度有關，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人根據現場的狀況自定。圖中各個階段的工作情況說明如 下：

（1）第一階段0～t1：串車車廂在井底工作面裝滿煤后，發(fā)一個聯絡信號給井口提升機操作工人，操作工人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 t1～t2：重車起動后，加速到變頻器的頻率為f2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。

（3）第三階段 t2～t3：再加速段。

（4）第四階段 t3～t4：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 t4～t5：操作工人看到重車快到井口時立即減速，如減速時間設置較短時，變頻器制動單元和制動電阻起作用，不致因減速過快跳閘。

（6）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(guī)定的位置停車。

（7）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(fā)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，也可按操作臺自動操作程序工作。

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，消耗的轉差功率越大。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(tài)，節(jié)能十分顯著，經測算節(jié)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(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，間接的經濟效益也很可觀。