陈景文 陕西科技大学， 陕西西安710021 摘要 讨论了矿进提升机中采用线绕式电机转子串电阻调速系统的工作原理及其存在的问题，分析了采用变频调速技术对矿井提升机进行改造的方案，介绍了方案的实施及改造后提升机的工作过程，经现场应用取得了满意的控制效果。 关键字 提升机；变频；改造方案；设计实现 Reconstruct Project Design and Execution of Mine Pit Elevator Frequency Conversion Velocity ModulationChen Jingwen Shaanxi University of Science & Technology, Shaanxi Xi忆an 710021 China Abstract The operation principle and some problems of velocity control system used string resistance in wind thread motor of the mine pit elevator are discussed. The reconstruct project in mine pit elevator is analysed. The project execution and operation course of reconstructed elevator are introduced. The satisfactory control effect in the field application is obtained. Keywords elevator；frequency conversion；reconstruct project；design execution
1 概况[1]
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状况和经济效益。煤矿井下采煤，之后通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别挂着一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，电机总是处于电动状态。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速按一定规律变化。
斜井提升机的机械结构示意如图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。提升机的基本参数是：电机功率55 kW，卷筒直径1 200 mm，减速器减速比24:1，最高运行速度2.5 m/s，钢丝绳长度为120 m。
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，从而引发设备故障。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，会在转子外电路所串的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，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。
2 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，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（0~50 Hz）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[2]。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井提升机变频调速方案如图2 所示。
考虑到绕线式电动机比鼠笼式电动机的力矩大，且过载能力强，所以仍用原来的4极55 kW 绕线式电机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。
为显示运行时车厢的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋转编码器，即电机旋转1圈旋转编码器产生40个脉冲，这样每两个脉冲对应车厢走过的距离为1200仔/（圆源伊源0）越3.927抑3.9 mm。则与实际距离的误差值为4-3.9=0.027 mm，卷筒运行一圈误差为0.027伊源园伊圆源越圆缘.92 mm，已知钢丝绳长度为120 m，如果两个脉冲对应车厢走过的距离用近似值3.9 mm计算，120 m全程误差为圆缘.92伊120 000/1 200仔抑825 mm。再考虑到实际检测过程中有一个脉冲的误差，则最大的误差在821~829 mm 之间，对于数十米长的车厢来说误差范围不到1 m，精度足够。
因此，用计数器实时统计旋转编码器发出的脉冲个数，则可计算出车厢的位置并用显示器显示。另外一个问题是计数过程中有无累计误差存在？实际检测时，在一个提升过程开始前，首先将计数器复位，第一个重车厢经过某个位置时，打开计数器计数，车厢在斜井中的位置以此点为基准计算，没有累计误差。在操作台上，用SWP-AC 系列智能型交流电压/电流数字仪表显示交流电压和电机工作电流，用智能型数字仪表显示提升次数和车厢的位置。
3 方案实施
斜井提升负载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，当单独运送工具或器材到井下时（占总运行时间的10%），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[3]，需要进行有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案，如图3 所示。
提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时要适当地留有余量，因此，选用ABB公司的ACS800 75 kW变频器。由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态，仅在少数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就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，此制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器制动。液压机械制动器受PLC 和变频器共同控制，起动时当变频器的输出频率达到设定值，例如0.2 Hz，变频器端口RO31、RO33 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0.2 Hz时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车[4]。紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽量短的时间内停车。
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﹑反转各三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用多段速度设置，X1、X2 为正反转控制，X3、X4、X5 可设三挡速度（在变频器参数中通过恒速选择来实现）。变频调速原理图如图3 所示。
为实现变频调速系统的平滑控制功能，需对变频器的运行参数做相关设置，由于篇幅有限，这里只对和本系统运行有关的主要参数做相关设置，主要参数设置如表1所列。
4 提升机工作过程
提升机经过变频调速改造后，系统的工作性能发生了较大的变化。操纵杆控制电机正转三段速度，反转三段速度。不管电机正转还是反转，都是为了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。
图4 中，提升机无论正转、反转，其工作过程都相同，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。提升机每提升一次的运行时间，与系统的运行速度、加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，系统运行的时间可由操作工人根据现场的工况自定。图中各阶段的工作情况说明如下。
1）第一阶段0耀贼1 煤车车厢在井底装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操作工人，操作工人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。
2）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。
3）第三阶段t2-t3 再加速段。
4）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。
本文关键字：提升机 设计参考，变频技术 - 设计参考
上一篇：变频器在卷接设备中的应用
