礦井提升機是一種大型提升機械設備。由電機帶動機械設備，以帶動鋼絲繩從而帶動容器在井筒中升降，完成輸送任務。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發展演變而來。現代的礦井提升機提升量大，速度高，安全性高，已發展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統、深度指示系統、測速限速系統和操縱系統等組成，采用交流或直流電機驅動。廣泛用于煤炭、有色金屬、黑色金屬、非金屬、化工等礦山的豎井、斜井的提升系統用作提升礦物和物料及設備等，是礦井系統設備的咽喉，在整個生產過程中，占有非常重要的地位，礦用生產是連續作業的，即使短時間的停機維修也會給生產帶來很大損失。因此，設備的安全可靠運行就顯的特別重要。目前的電控系統存在著很多的不足，礦用提升機的技術改造要求迫在眉睫。

變頻調速是近年來發展起來的一門新興的自動控制技術，它利用改變被控對象的電源頻率，成功實現了交流電動機大范圍的無級平滑調速，在運行過程中能隨時根據電動機的負載情況，使電機始終處于最佳運行狀態，在整個調速范圍內均有很高的效率，節能效果明顯。采用變頻器對異步電動機進行調速控制，由于使用方便、可靠性高并且經濟效益顯著，所以得到廣泛應用。

因此，應用礦用提升機專用變頻器，對提升機原有控制系統進行改造，將成為歷史的必然趨勢。

我們德力西（杭州）變頻器有限公司在研制提升機變頻器方面作了相當大的努力。通過不斷的進行技術革新，成功地開發了德力西礦山提升機專用變頻器。并得到了很好的應用

目前全國各類礦山的提升機（絞車）多采用交流繞線式異步電動機轉子串電阻調速方案，用交流接觸器進行速度段切換，這種調速方式在低同步狀態沒有制動力矩，而提升工藝要求拖動系統在低速爬行段能夠工作在制動狀態（下放重物）或電動狀態（提升重物）

傳統提升機電控系統存在的不足

擋位調節，調速不連續，運行中機械振動大，礦車沖擊大，制動不安全；

啟動及換擋時沖擊電流大，啟動電流一般是額定電流的1.7倍，有時會更大，如果加速快，甚至會引起總開關跳閘；

調速時大量的電能消耗在電阻上，浪費嚴重，造成工作環境惡劣，空間噪聲大；

維修量大，不方便。由于操作時交流接觸器頻繁動作，易造成觸點及線圈的燒壞，轉子更換碳刷頻繁；

耽誤生產。礦井是連續24小時工作，生產量大，任務繁重，由于電控系統設計落后，制造工藝落后，即使是短時間的維修，也會給生產帶來損失。

提升機應用變頻調速技術的優越性

變頻系統甩掉了原電控調速用的交流接觸器及調速電阻，提高了系統的可靠性，改善了操作人員的工作環境，使噪音及室溫降低了很多。

調速連續方便，分段預置，連續平滑調節。

實現了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運行更加平穩，機械沖擊小。

啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩無級平滑地升至最高速，也沒有大電流出現，大大地減小了對電網的沖擊。

增加了直流制動功能，使重車停車時更加平穩，有效避免了“溜溝”現象。

采用能耗制動、回饋制動或超級電容吸收技術，成功解決了位能負載在快速、減速或急停時的再生發電能量處理問題，保證了變頻器的安全運行。

轉矩補償達到規范要求，重車啟動正常。

節能效果顯著。據實測，在低速段節能明顯，一般可達到30%左右。而且礦井越淺，低速段運行時間越長，節能效果越明顯。

采用變頻控制后，原繞線式電機可改為普通電機，這不但降低了成本，普通電機比繞線式電機可節約投資1/3，而且電機維護方面，避免了轉子炭刷的燒損及維護。

一、現場狀況

山東伏山煤礦提升機改造通過調研與論證，結合該礦井提升機的現場實際狀況，決定對提升機實施變頻調速改造。

該煤礦斜井提升機是單卷筒提升機，選用為185kW繞線式6極電機，卷筒直徑 1200mm，減速器減速比24：1，最高運行速度2.5m/s，鋼絲繩長度為450m。采用串電阻分五段速降壓起動和調速，頻繁正、反向運轉，電能浪費極大。原系統電機是185KW的6極繞線式電機，在平時工作電流在280-380A，為保證安全，提升機上行或下行起動時，是要加制動的，起動完成后一瞬間再松開制動。在這種情況下運行電流有時候會超過電機額定電流，達到400多安培。變頻調速后，提升機上行或下行起動時，仍是要加制動的，變頻器輸出頻率到2Hz有足夠大的力矩時再松開制動。盡管2Hz以下電機處于堵轉狀態，但由于輸出頻率低，輸出電壓也低，電機不會過流。在生產中，裝載的物料有時可能會超載，考慮重載加速時間短，選型時變頻器容量需要加大，我們選用的變頻器為德力西CDI9000-G280kW，這樣有利于電機在過載時候變頻器有足夠的過載能力，制動單元為德力西CDI-BR400型適用變頻器160KW-315KW。制動電阻功率為54KW，當高于 700V 左右時啟動剎車單元，讓多余的能量在通過能耗電阻消耗掉，從而保證了主器件的安全。

二、方案實施

斜井提升負載是典型的摩檫性負載，即恒轉矩特性負載。重車上行時，電機的電磁轉矩必須克服負載阻轉矩，起動時還要克服一定的靜摩檫力矩，電機處于電動工作狀態。在重車減速時，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時間較短，電機仍會處于再生狀態。當另一列重車上行時，電機處于反向電動狀態。另外有占總運行時間10%的時候單獨運送工具或器材到井下時，此時電機長時間處于再生發電狀態，需要進行有效的制動。因此采用能耗制動單元加能耗電阻的制動方案。

由于提升機電機絕大部分時間都處于電動狀態，僅在少數時間有再生能量產生，變頻器接入制動單元和制動電阻，就可以滿足重車下行時的再生制動，實現平穩的下行。井口還有一個液壓機械制動器，類似電磁抱閘，此制動器用于重車靜止時的制動，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機械制動器制動。液壓機械制動器受原控制系統和變頻器共同控制，機械制動是否制動受變頻器頻率到達端口的控制，起動時當變頻器的輸出頻率達到設定值，打開液壓機械制動器，重車可上行；減速過程中，當變頻器的頻率下降時，表示電機轉矩已較小，液壓機械制動器制動停車。緊急情況時，按下緊急停車按鈕，變頻器停機，液壓機械制動器馬上起作用，使提升機在盡量短的時間內停車。變頻器采用多段速度設置，FWD、REV設為正反轉，D1、D2、D3設為運行頻率6Hz、18Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以適應控制系統對提升機不同運轉速度的要求。五擋速度加速和減速段的速度均在變頻器上設置。變頻調速原理圖如下圖 所示。

為克服傳統交流繞線式電機串電阻調速系統的缺點，采用變頻調速技術改造提升機，可以實現全頻率（0～50Hz）范圍內的恒轉矩控制。對再生能量的處理，可采用價格低廉的能耗制動方案。為安全性考慮，液壓機械制動需要保留，并在設計過程中對液壓機械制動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機變頻調速框圖下如上所示。

三、電氣系統改造方案

改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統的基礎上，用變頻調速系統替代原工頻調速系統，同時保留工頻調速系統，使兩套系統互為備用，增加系統運行的可靠性。

礦井提升機專用變頻器的特點

礦用電網波動較大，變頻器在（380V-10KV）±20% 能正常工作。

運行平穩，加減速平滑，運行速度曲線加速段、減速段為S型，在加減速過程中可做到加速度連續，無撞擊感。

對回饋能量的處理方法：

回饋制動，帶有能量回饋單元。將制動時產生的再生 能量回饋到電網。

變頻器在整個工作過程中提供所需要的力矩特性：

啟動力矩大于2倍額定轉矩，尤其是當礦車停在井筒中間時，啟動轉矩比額定轉矩大得多。低頻轉矩在6HZ時大于1.6倍額定轉矩。

有足夠的加速力矩，適應重車提升時的加速過程。

運行過程中由于道軌不平整或滾筒偶爾出現鋼絲繩絞繩，會引起電機力矩的 跳變，變頻器能承受這種跳變。

運行過程中若出現偶然事件，要求快速停車時能給出大于額定轉矩的制動力矩，這時會有較大的能量饋送給變頻器。

停車狀態下，能給出大于額定轉矩的制動力矩，防止重車下滑。

改造時需要增加工、變頻轉換功能。系統運行前，將主回路和控制回路各轉換開關切換至相應的變頻或工頻位置。具體接法如下：

（1） 主回路

增加三個三刀雙擲開關（QS1、QS2、QS3）作為主回路切換裝置，三相電源、定子線圈、轉子線圈分別接至相應開關的刀位置。如圖 （1）、（2）所示。

所有開關切換至變頻位置時，三相電源經雙擲開關QS1、自動空氣開關QA接至變頻器輸入端子（R、S、T）（同時將零線接至變頻器零線端子N），變頻器輸出端子（U、V、W）經雙擲開關QS2接至電機定子線圈，繞線電機轉子線圈經雙擲開關QS3后處于短接狀態。

所有開關切換至工頻位置時，三相電源經雙擲開關QS1、QS2接至定子線圈，繞線電機轉子線圈經QS3接至原調速電阻裝置。

（2）操作與控制

依據提升機控制系統的不同，采用適當的接線方式，就可以實現靈活的操作方式。對于舊系統改造用變頻器，為了不改變原來的操作習慣，可以用原來的操縱系統操作變頻器。操作者通過主令控制器操縱桿控制電機正轉五擋速度和反轉五段速度，以實現電機的爬行、加速、減速、恒速運行，但在系統給出減速信號后，為保證整個系統安全，變頻器仍然會啟動機內自動減速程序速度。

經過幾個月的運行，證明改造的效果比較理想，主要表現在：

1、實現了啟動及換檔時的軟啟動、軟停車，減輕了對電網的沖擊。

2、變頻器的頻率連續調節，分段預置，使調速更加方便、可靠，運行更平穩。

3、使用變頻器后省去原先的換檔接觸器及調速電阻，即節省了維修費用，又減少了停機維修時間，從而提高了產量。同時改善了惡劣操作環境，使工人避免在夏季調速電阻發熱告成的高溫條件下工作。

4、在低速段節能效果十分明顯。伏山礦井深400多米，測量時用電度表，在相同耗電量的情況下，用工頻可拉19勾，而使用變頻可拉25勾，即變頻比工頻多拉6勾。經估算節電率約為30%。