一、概況

礦井提升機(jī)是煤礦，有色金屬礦生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全、可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。黑龍江某煤礦井下采煤，采好的煤通過(guò)斜井用提升機(jī)將煤車拖到地面上來(lái)。這種拖動(dòng)系統(tǒng)要求電機(jī)頻繁的正、反轉(zhuǎn)起動(dòng)，減速制動(dòng)，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)速按照一定規(guī)律變化。斜井提升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖1所示。斜井提升機(jī)的動(dòng)力由繞線式電機(jī)提供，采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。

圖1斜井提升機(jī)的機(jī)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(jī)普遍采用交流繞線式電機(jī)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(guò)程中交流接觸器動(dòng)作頻繁，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，交流接觸器主觸頭易氧化，引發(fā)設(shè)備故障。另外，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經(jīng)常會(huì)造成停車位置不準(zhǔn)確，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。這種交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)屬于有級(jí)調(diào)速，調(diào)速的平滑性較差：低速時(shí)機(jī)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(dòng)過(guò)程中和調(diào)速換檔過(guò)程中電流沖擊大；中高速運(yùn)行震動(dòng)大，安全性較差。

二、改造方案

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)，采用變頻調(diào)速技改造提升機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)全頻率（0~50HZ）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩控制。對(duì)再生能量的處理，可采用價(jià)格低廉的能耗制動(dòng)方案或節(jié)能更加顯著的回饋制動(dòng)方案。為安全性考慮，液壓機(jī)械制動(dòng)需要保留，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)液壓機(jī)械制動(dòng)和變頻器的制動(dòng)加以整合。礦井提升機(jī)變頻調(diào)速方法如圖（2）所示：

圖2提升機(jī)變頻調(diào)速方法

三、方案實(shí)施

斜井提升是典型的摩擦性負(fù)載，即恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。重車上行時(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，在重車減速時(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，另外有占總運(yùn)行時(shí)間10%的時(shí)候單獨(dú)運(yùn)送工具或器材到井下時(shí)，電機(jī)純粹處于第二或第四象限，此時(shí)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于再生發(fā)電狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的制動(dòng)。因此采用能耗制動(dòng)單元加能耗電阻的制動(dòng)方案。

提升機(jī)的負(fù)載特性為恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，起動(dòng)力矩較大，選用變頻器時(shí)適當(dāng)?shù)亓粲杏嗔?。因此選用普傳科技高性能矢量PI9000系列變頻器。由于提升機(jī)電機(jī)絕大部分時(shí)間都處于電動(dòng)狀態(tài)，工作少數(shù)時(shí)間有再生能量產(chǎn)生，變頻器配置制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，便可以滿足重車下行時(shí)的再生制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的下行。井口還有一個(gè)液壓機(jī)械制動(dòng)器，類似電磁抱閘，此制動(dòng)器用于重車靜止時(shí)的制動(dòng)，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機(jī)械制動(dòng)。液壓機(jī)械制動(dòng)器受原控制系統(tǒng)和變頻器共同控制，機(jī)械制動(dòng)是否制動(dòng)受變頻器頻率到達(dá)端口的控制，起動(dòng)時(shí)當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定值，例如2.00HZ，變頻器TA2、TC2端口輸出信號(hào)，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已足夠大，打開液壓機(jī)械制動(dòng)器，重車可上行；減速過(guò)程中，當(dāng)變頻器的頻率下降到2.00HZ時(shí)，表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩已較小，液壓機(jī)械制動(dòng)器制動(dòng)停車。緊急情況時(shí)，按下緊急停車按鈕，變頻器自由停機(jī)，液壓機(jī)械制動(dòng)器馬上起作用，使提升機(jī)在盡量短的時(shí)間內(nèi)停車。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)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(jī)工作過(guò)程

提升機(jī)經(jīng)過(guò)變頻調(diào)速改造后，系統(tǒng)的工作過(guò)程變化不大，操縱桿控制電機(jī)正轉(zhuǎn)三檔速度和反轉(zhuǎn)三檔速度。不管電機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都是從礦井中將煤拖到地面上來(lái)，電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)，只有在滿載拖車快接近井口時(shí)，需要減速并制動(dòng)，提升機(jī)工作時(shí)序圖如圖（4）所示。

圖4提升機(jī)工作時(shí)序圖

提升機(jī)無(wú)論正、反轉(zhuǎn)其工作過(guò)程是相同的,都有起動(dòng)、加速、中速運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行、減速低速運(yùn)行、制動(dòng)停車等七個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行的時(shí)間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度,加速度及斜井的長(zhǎng)度有關(guān)，各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定，運(yùn)行的時(shí)間由操作工作根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀況自定。圖中各個(gè)階段的工作情況說(shuō)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(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)給井口提升機(jī)操作工作，操作工作在回復(fù)一個(gè)信號(hào)到井底，然后開機(jī)提升。重車從井底開始上行，空車同時(shí)在井口車場(chǎng)位置開始下行。

(2)第二階段:重車起動(dòng)后，加速到變頻器的頻率為f2的速度運(yùn)行，中速運(yùn)行的時(shí)間較短，只是一過(guò)渡段，加速時(shí)間內(nèi)設(shè)備如果沒有問(wèn)題，立即再加速到正常運(yùn)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(yùn)行，一般這段過(guò)程最長(zhǎng)。

(5)第五階段:操作工人看到重車快到井口時(shí)立即減速，如果減速時(shí)間設(shè)置較短時(shí)，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻起作用，不致因減速過(guò)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(shí)，變頻器立即停車，重車減速到零，操作工人發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)到井下，整個(gè)提升過(guò)程結(jié)束。以上為人工操作程序，也可按操作臺(tái)自動(dòng)工作。圖中加速和減速段的時(shí)間均在變頻器上設(shè)置。

五、結(jié)語(yǔ)

繞線式電機(jī)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(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、取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，提升機(jī)變頻調(diào)速后，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性得到大大的提高，減少了運(yùn)行故障和停工檢修工時(shí)，節(jié)省了人力和物力，提高了運(yùn)煤能力，間接的經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。