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[摘 要]介绍了传统交流提升机电控系统的弊端。阐述变频调速控制系统的优点、特点及在本矿实际使用中的经济效益。
[关键词]提升机；变频调速；变频器
中图分类号：TD27312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0093-01
引言
矿井提升机广泛用于煤炭、有色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井的提升系统，用作提升矿物和物料及设备等，是矿井系统 设备的咽喉，在整个生产过程中占有非常重要的地位。矿井生产是连续作业，即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失，因此，设备的安全可靠运行就显得特别重要，传统电控系统存在着很多的不足。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内有很高的效率，节能效果明显。采用变频器结合PLC控制系统对异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以得到了广泛应用。
一.传统矿用交流提升机电力拖动系统现状及存在的不足
（1）目前全国各类矿山的提升机，很多仍采用绕线式异步电动机转子串电阻调速方案，用接触器进行速度控制。这种调速方式在低同步状态没有制动力矩，而提升工艺要求拖动系统在低速爬行段能够工作在制动状态（下放重物）或电动状态（提升重物）。
（2）分段调节，调速不连续，运行中机械振动大，制动不安全。
（3）启动及加速时冲击电流大，启动电流一般是额定电流的1.7倍，有时会更大。
（4）调速时大量的电能消耗在电阻上，浪费严重，工作环境恶劣，噪声大。
（5）维修量大故障率高。传统电控系统大量采用接触器控制，由于操作时接触器频繁动作，易造成触点及线圈的烧损，线路连接复杂，故障率居高不下，大量的时间浪费在处理故障上。
二.提升机变频调速控制系统优点
（1）变频系统甩掉了原电控调速用的接触器及调速电阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的工作环境。
（2）调速连续方便，分段预置，能连续平滑调节。
（3）实现了低频软启动和停止，使运行更加平稳，机械冲击小。
（4）启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大启动电流不超过额定电流的1.3倍，提升机在重载下从低速无级平滑地升至最高速，也没有大电流出现，减小了对电网的冲击。
（5）采用能耗制动、回馈制动技术，成功解决了位能负载在快速、减速或急停时的再生发电能量处理问题，保证了变频器的安全运行。
（6）转矩补偿达到规范要求，重车启动正常。
（7）节能效果显著。据实测，在低速段节能明显，一般可达到30%左右。矿井越浅，低速段运行时间越长，节能效果越明显。
三.变频调速控制系统的特点
（1）矿用电网电压波动较大，变频器能在（380V～10kV）20%范围内 正常工作。
（2）运行平稳，加减速平滑，运行速度曲线加速段、减速段为S型，在加减速过程中可做到速度连续，无冲击感。
（3）回馈制动，带有能量回馈单元，将制动时产生的再生能量回馈到电网。
（4）变频器在整个工作过程中提供所需要的力矩特性，启动力矩大于2倍额定转矩，尤其是当矿车停在井筒中间时，启动转矩比额定转矩大得多，低频转矩在大于1.6倍额定转矩。有足够的加速力矩，适应重车提升时的加速过程。运行过程中由于道轨不平整或滚筒偶尔出现钢丝绳绞绳，会引起电机力矩的跳变，变频器能承受这种跳变。运行过程中若出现偶然事件，要求快速停车时能给出大于额定转矩的制动力矩，这时会有较大的能量馈送给变频器。停车状态下，能给出大于额定转矩的制动力矩，防止重车下滑。
四.几种特殊功能的实现
一般变频器除具有的过压、欠压、过载、短路、温升等多种保护功能外，还有开机连锁保护、自动限速保护功能等。在各种不利情况下，能够避免事故、确保安全，能远距离操作及显示多种设置参数及运行参数。
（1）对再生能量的处理。变频器采用逆变回馈方式。
（2）直流制动的作用。提升机配用变频器，直流制动功能对系统的安全运行起重要作用。当重车在井简中间停车时，变频器由高速平滑地降到低速，随之施加一直流制动信号使绞车停止，当机械制动起作用后方可去掉直流制动信号，使重车靠机械抱闸的作用停在中间。启动时，先对电机施加一直流制动信号，当检测到机械抱闸打开时，方可去掉直流制动信号，加上启动电压，绞车转动。机械抱闸抱紧状态一直在变频器检测下，一旦机械抱闸打开，马上给电机施加直流制动信号，确保重车不可能下滑。
（3）S形速度曲线。为了尽量减小运行过程中的机械冲击，在变频器启动与停止过程中，做到加速度是连续的，即运行和速度曲线是平滑的，即通常所说的S形（在加速段、减速段速度曲线）加、减速曲线。
（4）自动限速保护。当运行接近终点时，给出一个减速信号，接到减速信号后，若主令控制器已经操作减速，则变频器按照主令控制器的操作改变运行速度。若收到减速信号后，主令控制器没有正常操作，则自动启动机内的自动减速程序，将变频器的工作频率按预定要求逐步变为低速运行。这对预防“过卷”是十分必要的。此外，绞车带有测速发电机，当测速发电机给出超速信號时，变频器也能自动减速。
（5）连锁开机功能。绞车开机必须按照给出的命令操作，当给出“上行”或“下行”命令时，若操作人员的操作与命令不符，连锁功能对此操作不响应，变频器不启动，连锁功能是保证安全运行的重要措施。
五.经济效益分析
（1）变频器在低速段运行时节能显著，由于提升机在井口及井底时都处于低速运行，根据现场情况，一般设置加速点及减速点分别在60 m～100m左右，因此其低速运行段大约在120m～200m，根据坡长的不同，其低速段占13%左右，其综合节电率在20%左右。
（2）采用变频控制后，制动过程中，制动闸不参与制动，只是作为一种辅助设施，在电机停稳后或在急停时快速抱闸时使用，这极大减少了制动系统的磨损。
（3）原控制系统采用交流接触器进行速度切换，用电阻调速，而变频调速与PLC控制系统相结合则可将原有电阻调速部分作为系统备用，在变频系统出现故障或检修时投入使用，减小对矿井生产的影响。
（4）采用回馈制动，其再生能量能回收利用，这也节约了很大一部分电能。
我矿对主付井绞车进行变频及PLC电控系统技术改造以后，节能效果十分明显，经过改造前后电量计算，节电率可达到20%——35%以上，年节约电费50万元以上。而且新系统的故障率很低，减少了停车影响时间，提高了经济效益。
六.结语
采用变频调速系统将使不经济的工况运行转变为最佳的工况运行，控制精确、简洁﹑节能十分可观，同时也提高了系统的可靠性，变频调速控制系统将是矿井交流提升机调速系统发展的方向。
作者简介
张存玉，男，1983出生，毕业于黑龙江科技学院电器自动化专业，现任龙煤鹤岗分公司峻德煤矿大修厂技术员。
[关键词]提升机；变频调速；变频器
中图分类号：TD27312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0093-01
引言
矿井提升机广泛用于煤炭、有色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井的提升系统，用作提升矿物和物料及设备等，是矿井系统 设备的咽喉，在整个生产过程中占有非常重要的地位。矿井生产是连续作业，即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失，因此，设备的安全可靠运行就显得特别重要，传统电控系统存在着很多的不足。变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内有很高的效率，节能效果明显。采用变频器结合PLC控制系统对异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以得到了广泛应用。
一.传统矿用交流提升机电力拖动系统现状及存在的不足
（1）目前全国各类矿山的提升机，很多仍采用绕线式异步电动机转子串电阻调速方案，用接触器进行速度控制。这种调速方式在低同步状态没有制动力矩，而提升工艺要求拖动系统在低速爬行段能够工作在制动状态（下放重物）或电动状态（提升重物）。
（2）分段调节，调速不连续，运行中机械振动大，制动不安全。
（3）启动及加速时冲击电流大，启动电流一般是额定电流的1.7倍，有时会更大。
（4）调速时大量的电能消耗在电阻上，浪费严重，工作环境恶劣，噪声大。
（5）维修量大故障率高。传统电控系统大量采用接触器控制，由于操作时接触器频繁动作，易造成触点及线圈的烧损，线路连接复杂，故障率居高不下，大量的时间浪费在处理故障上。
二.提升机变频调速控制系统优点
（1）变频系统甩掉了原电控调速用的接触器及调速电阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的工作环境。
（2）调速连续方便，分段预置，能连续平滑调节。
（3）实现了低频软启动和停止，使运行更加平稳，机械冲击小。
（4）启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大启动电流不超过额定电流的1.3倍，提升机在重载下从低速无级平滑地升至最高速，也没有大电流出现，减小了对电网的冲击。
（5）采用能耗制动、回馈制动技术，成功解决了位能负载在快速、减速或急停时的再生发电能量处理问题，保证了变频器的安全运行。
（6）转矩补偿达到规范要求，重车启动正常。
（7）节能效果显著。据实测，在低速段节能明显，一般可达到30%左右。矿井越浅，低速段运行时间越长，节能效果越明显。
三.变频调速控制系统的特点
（1）矿用电网电压波动较大，变频器能在（380V～10kV）20%范围内 正常工作。
（2）运行平稳，加减速平滑，运行速度曲线加速段、减速段为S型，在加减速过程中可做到速度连续，无冲击感。
（3）回馈制动，带有能量回馈单元，将制动时产生的再生能量回馈到电网。
（4）变频器在整个工作过程中提供所需要的力矩特性，启动力矩大于2倍额定转矩，尤其是当矿车停在井筒中间时，启动转矩比额定转矩大得多，低频转矩在大于1.6倍额定转矩。有足够的加速力矩，适应重车提升时的加速过程。运行过程中由于道轨不平整或滚筒偶尔出现钢丝绳绞绳，会引起电机力矩的跳变，变频器能承受这种跳变。运行过程中若出现偶然事件，要求快速停车时能给出大于额定转矩的制动力矩，这时会有较大的能量馈送给变频器。停车状态下，能给出大于额定转矩的制动力矩，防止重车下滑。
四.几种特殊功能的实现
一般变频器除具有的过压、欠压、过载、短路、温升等多种保护功能外，还有开机连锁保护、自动限速保护功能等。在各种不利情况下，能够避免事故、确保安全，能远距离操作及显示多种设置参数及运行参数。
（1）对再生能量的处理。变频器采用逆变回馈方式。
（2）直流制动的作用。提升机配用变频器，直流制动功能对系统的安全运行起重要作用。当重车在井简中间停车时，变频器由高速平滑地降到低速，随之施加一直流制动信号使绞车停止，当机械制动起作用后方可去掉直流制动信号，使重车靠机械抱闸的作用停在中间。启动时，先对电机施加一直流制动信号，当检测到机械抱闸打开时，方可去掉直流制动信号，加上启动电压，绞车转动。机械抱闸抱紧状态一直在变频器检测下，一旦机械抱闸打开，马上给电机施加直流制动信号，确保重车不可能下滑。
（3）S形速度曲线。为了尽量减小运行过程中的机械冲击，在变频器启动与停止过程中，做到加速度是连续的，即运行和速度曲线是平滑的，即通常所说的S形（在加速段、减速段速度曲线）加、减速曲线。
（4）自动限速保护。当运行接近终点时，给出一个减速信号，接到减速信号后，若主令控制器已经操作减速，则变频器按照主令控制器的操作改变运行速度。若收到减速信号后，主令控制器没有正常操作，则自动启动机内的自动减速程序，将变频器的工作频率按预定要求逐步变为低速运行。这对预防“过卷”是十分必要的。此外，绞车带有测速发电机，当测速发电机给出超速信號时，变频器也能自动减速。
（5）连锁开机功能。绞车开机必须按照给出的命令操作，当给出“上行”或“下行”命令时，若操作人员的操作与命令不符，连锁功能对此操作不响应，变频器不启动，连锁功能是保证安全运行的重要措施。
五.经济效益分析
（1）变频器在低速段运行时节能显著，由于提升机在井口及井底时都处于低速运行，根据现场情况，一般设置加速点及减速点分别在60 m～100m左右，因此其低速运行段大约在120m～200m，根据坡长的不同，其低速段占13%左右，其综合节电率在20%左右。
（2）采用变频控制后，制动过程中，制动闸不参与制动，只是作为一种辅助设施，在电机停稳后或在急停时快速抱闸时使用，这极大减少了制动系统的磨损。
（3）原控制系统采用交流接触器进行速度切换，用电阻调速，而变频调速与PLC控制系统相结合则可将原有电阻调速部分作为系统备用，在变频系统出现故障或检修时投入使用，减小对矿井生产的影响。
（4）采用回馈制动，其再生能量能回收利用，这也节约了很大一部分电能。
我矿对主付井绞车进行变频及PLC电控系统技术改造以后，节能效果十分明显，经过改造前后电量计算，节电率可达到20%——35%以上，年节约电费50万元以上。而且新系统的故障率很低，减少了停车影响时间，提高了经济效益。
六.结语
采用变频调速系统将使不经济的工况运行转变为最佳的工况运行，控制精确、简洁﹑节能十分可观，同时也提高了系统的可靠性，变频调速控制系统将是矿井交流提升机调速系统发展的方向。
作者简介
张存玉，男，1983出生，毕业于黑龙江科技学院电器自动化专业，现任龙煤鹤岗分公司峻德煤矿大修厂技术员。