摘要：礦井提升機(jī)是地下礦山運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，它是用一定的裝備沿井筒運(yùn)出礦石、廢石、升降人員及材料、設(shè)備等運(yùn)輸環(huán)節(jié)。對(duì)礦井提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求是:有良好的調(diào)速性能，調(diào)速精度高，能快速進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，有準(zhǔn)確的制動(dòng)和定位功能，可靠性要求高等。本文對(duì)礦井提升調(diào)速系統(tǒng)提出一些改造與分析。

關(guān)鍵詞：提升系統(tǒng) 變頻調(diào)速 可靠性

1 現(xiàn)狀分析

目前，我國(guó)地下礦井提升機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要有:對(duì)于大型礦井提升機(jī)，主要采用直流傳動(dòng)系統(tǒng)，有采用直流電動(dòng)機(jī)-直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和晶閘管變流器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng);這兩種系統(tǒng)都存在著直流電動(dòng)機(jī)固有的缺點(diǎn)，如效率不高，維修工作量較大等。交流系統(tǒng)受當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)提升控制設(shè)計(jì)理念和技術(shù)設(shè)備的局限，采用了大量繼電器節(jié)點(diǎn)邏輯控制，保護(hù)部分，采用離元器件組成的模擬板件，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，產(chǎn)生了元器件及部分線(xiàn)路的老化控制板件出現(xiàn)性能不穩(wěn)定，不但影響了正常生產(chǎn)，而且存在突發(fā)事故的重大隱患。礦用提升機(jī)普遍使用交流繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負(fù)載變動(dòng)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)恒減速控制，經(jīng)常會(huì)造成過(guò)放和過(guò)卷事故。提升機(jī)頻繁的起動(dòng)和制動(dòng)工作過(guò)程會(huì)使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的能耗，且轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制電路復(fù)雜。這種轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，起動(dòng)電流和換檔電流沖擊大；中高速運(yùn)行振動(dòng)大，制動(dòng)不安全，對(duì)再生能量處理不力。斜井提升機(jī)運(yùn)行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，接觸器、電阻器、繞線(xiàn)電動(dòng)機(jī)電刷等容易損壞，故障率高，影響生產(chǎn)效益，特別是在煤礦生產(chǎn)中不能實(shí)現(xiàn)防爆要求。

對(duì)于中、小型提升機(jī)，多采用交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)。交流繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)，使用電機(jī)轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速，這種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)雖然設(shè)備簡(jiǎn)單，但它是有級(jí)調(diào)速，調(diào)速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻上，而且可靠性也很差。

2 系統(tǒng)改造

變頻器的調(diào)速控制可以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的恒加速和恒減速控制，能很好地防止提升機(jī)過(guò)卷和過(guò)放事故發(fā)生。變頻器的調(diào)速還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，節(jié)省了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果。變頻器調(diào)速控制電路簡(jiǎn)單，克服了接觸器、電阻器、繞線(xiàn)電動(dòng)機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故的發(fā)生。交頻器靈活的調(diào)速控制便于實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的多段速控制，能防止叉道和彎道脫軌事故。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它的主電路大都采用交—直—交電路。先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。

從理論上我們可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與供電頻率f有以下關(guān)系：

其中：q——電機(jī)極數(shù) s——轉(zhuǎn)差率

由式可知，轉(zhuǎn)速與頻率成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的極數(shù)，只要改變頻率即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率在0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

3 采用變頻調(diào)速后可取得的效果

3.1 高效節(jié)能 采用變頻調(diào)速后，啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，負(fù)荷控制器根據(jù)負(fù)荷大小的變化，自動(dòng)調(diào)整皮帶機(jī)的轉(zhuǎn)速，節(jié)省了大量的電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)總節(jié)電率可達(dá)40-70%，幾個(gè)月內(nèi)即可收回投資。采用變頻調(diào)速，主電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，軸功率將下降很多，故節(jié)能潛力相當(dāng)巨大。變頻器的節(jié)能效果十分顯著，特別是調(diào)節(jié)范圍大，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用能直觀地看出在流量變化時(shí)只要對(duì)轉(zhuǎn)速（頻率）作改變就會(huì)使軸功率更大程度上的改變。

3.2 內(nèi)置軟啟動(dòng)、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命 采用變頻調(diào)速后，變頻器內(nèi)置起停軟啟動(dòng)，可以從低頻時(shí)開(kāi)始緩慢地加速、減少了沖擊，無(wú)驟停驟開(kāi)現(xiàn)象。同時(shí)，避免了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)的沖擊，可延長(zhǎng)電機(jī)、設(shè)備的使用壽命。

3.3 遠(yuǎn)距離控制 變頻調(diào)速系統(tǒng)可以在1：10甚或1：20的廣泛范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速并且可以方便的進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，容易得到符合工程要求的最佳速度。如使用矢量法控制方式，調(diào)速比可達(dá)1：100（有速度反饋時(shí)達(dá)1：1000）。此外，和同步控制器等附件配合，可實(shí)現(xiàn)比例控制和同步控制等，使設(shè)備具有自動(dòng)化、省力化等高檔次功能。

3.4 升速容易 只要增加電動(dòng)機(jī)的電壓頻率，就可以使設(shè)備升速，電動(dòng)機(jī)的容量有一定的余量時(shí)，原有設(shè)備的負(fù)載能力可簡(jiǎn)單地提高10-20%，而且不必改變傳動(dòng)比。在50Hz和60HZ工頻區(qū)，轉(zhuǎn)速和電源頻率無(wú)關(guān)只取決于變頻器的輸出頻率，從而容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化。

3.5 操作簡(jiǎn)單 變頻器功能參數(shù)設(shè)置方便快捷，不易出錯(cuò)，并可保存多套參數(shù)設(shè)置，根據(jù)不同的工況進(jìn)行設(shè)置；能記錄變頻器每一次的操作及故障；定時(shí)記錄運(yùn)行參數(shù)，并可查閱打印記錄報(bào)表，實(shí)時(shí)查看變頻器的輸入輸出波形。

4 選擇變頻器應(yīng)注意的事項(xiàng)

變頻器，特別是高壓變頻器價(jià)格昂貴，如選擇不當(dāng)，達(dá)不到節(jié)電和提高生產(chǎn)效率的目的，以致造成浪費(fèi)和不必要的麻煩和損失。通常最低轉(zhuǎn)速不少于額定轉(zhuǎn)速的50%，一般調(diào)速范圍在100%~70%之間為宜，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%~50%時(shí)，電機(jī)本身的效率明顯下降，是不經(jīng)濟(jì)的;調(diào)速范圍確定時(shí)，應(yīng)注意避開(kāi)機(jī)組的機(jī)械臨界共振轉(zhuǎn)速，否則調(diào)速至該諧振頻率時(shí)，將可能損壞機(jī)組。

可行性分析：在選擇要進(jìn)行的變頻調(diào)速的設(shè)備對(duì)象以后，應(yīng)從提高效率或提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要情況，從節(jié)約電能的情況進(jìn)行分析、計(jì)算，并與變頻器的投資進(jìn)行比較，計(jì)算出變頻器的投資回收期。一般來(lái)說(shuō)，如能從節(jié)約的電費(fèi)或從提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率等方面所得的收益中，在兩年內(nèi)償還變頻器的投資，都應(yīng)認(rèn)為是可行的。同時(shí)還應(yīng)分析外部條件是否滿(mǎn)足變頻器的使用要求?？煽啃苑治觯鹤冾l器的可靠性如何，直接決定了變頻器能否成功地應(yīng)用于生產(chǎn)，這是選擇哪種變頻器的首要條件。有的礦所購(gòu)買(mǎi)的變頻器可靠性不高，加之自身的維修技術(shù)力量不強(qiáng)，變頻器出了故障，只好停用，甚至棄用。造成損失，同時(shí)也為變頻器的繼續(xù)推廣應(yīng)用帶來(lái)負(fù)面影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用變頻器調(diào)速控制便于實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的多段速控制，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。因此，變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用有十分廣闊的前景。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。