矿井提升机的变频调速改选方案

　　一、概况

　　矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产和经济效益。山西某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速一定规律变化。斜井提升机的机械结构示意图(1)所示。斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。

　　目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确，提升机频繁的起动，调速和制动，在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性较差：低速时机械性较软，静差率大：电阻上消耗的转差功率大，节能较差：起动过程中和调速换档过程中电流冲击大：中高速运行震动大，安全性较差。

　　二、改造方案

　　为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技改造提升机，可以实现全频率(0~50HZ)范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械抽动需要保留，并在设计过程中对液压机械抽动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方下如图(2)所示：

　　三、方案实施

　　斜井提升是典型的摩擦性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩擦力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限，在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限，另外有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。因此采用能耗抽动单元加能耗电阻的制动方案。

　　提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量。因此选用深川高性能矢量通用系列变频器。由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态，公在少数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和抽动电阻，变可以满足重车下行时的再生制动，实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此抽动器用于重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动制动。液压机械制动器受原控制系统和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制，起动时当变频器的输出频率达到设定值，例如2.00HZ，变频器TA、TB、TC端口输出信号，表示电机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行：减速过程中，当变频器的频率下降到2.00HZ时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器自由停机，液压机械制动器马上起作用，使提升机在尽量短的时间由停车。

　　提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正、反转和三档速度。为适应操作工作这种操作方式，变频器采用多段速度设置，FWD、REV设为正反转，X1、X2、X3设为低、中、高三挡速度。变频调速原理图。

　　变频器的设置如下：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;其它按现场要求设置。以上设置请参照SVF-EV系列说明书。

　　四、提升机工作过程

　　提升机经过变频调速改造后，系统的工作过程变化不大，操纵杆控制电机正转三档速度和反转三档速度。不管电机正转还是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电机工作在正转和反转电动状态，只有在满载拖车快接近井口时，需要减速并制动，提升机工作时序图如图(4)所示。

　　提升机无论正、反转其工作过程是相同的,都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速低速运行、制动停车等七个阶段。每提升一次运行的时间，与系统的运行速度,加速度及斜井的尝试有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，运行的时间由操作工作根据现场的状况自定。图中各个阶段的工作情况说明如下：

　　第一阶段0~t1：串车车厢在井底工作面装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操作工作，操作工作在回复一个信号到井底，然后开机提升。重车从井底开始上行，空车同时在井口车场位置开始下行。

　　第二阶段t1~t2:重车起动后，加速到变频器的频率为f2的速度运行，中速运行的时间较短，只是一过渡段，加速时间内设备如果没有问题，立即再加速到正常运行速度。

　　第三阶段t2~t3:再加速段。

　　第四阶段t3~t4:重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行，一般这段过程最长。

　　第五阶段t4~t5:操作工人看到重车快到井口时立即减速，如果减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，不致因减速过快而跳闸。

　　第六阶段t5~t6:重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。

　　第七阶段t6~t7:快到停车位置时，变频器立即停车，重车减速到零，操作工人发一个联络信号到井下，整个提升过程结束。

　　以上为人工操作程序，也可按操作台自动工作。

　　图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。

　　五、结语

　　绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，水泵的转差功率越大。使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。另外，提升机变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工检修工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。