目前礦用提升機(jī)普遍使用交流繞線式電動(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)造成過放和過卷事故。提升機(jī)頻繁的起動(dòng)和制動(dòng)工作過程會(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。針對(duì)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的問題，本文介紹了變頻器在提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。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)過卷和過放事故發(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。
鑒于變頻調(diào)速提升絞車的優(yōu)越性，平煤集團(tuán)四礦采用唐山開誠電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZJT － 30 型隔爆兼本安智能變頻調(diào)速裝置。該變頻調(diào)速裝置主要整流及逆變?cè)蚉LC 及輔助元件均采用進(jìn)口產(chǎn)品，具有可靠性高，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。它能有效地保護(hù)電動(dòng)機(jī)，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命。由于變頻調(diào)速裝置采用了隔爆兼本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)，符合《煤礦安全規(guī)程》，可應(yīng)用于煤礦井下含有煤塵、瓦斯爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，做為局部風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、提升絞車、帶式運(yùn)輸機(jī)及其他設(shè)備電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速和起停及保護(hù)控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，安全生產(chǎn)，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)使用壽命等多重目的。
系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
本系統(tǒng)設(shè)有一條硬件安全電路和兩條軟件安全電路，這3條安全電路相互冗余與閉鎖，一條斷開時(shí)，另2條也同時(shí)斷開。安全電路斷開后，系統(tǒng)會(huì)立即解除運(yùn)行控制指令，封鎖變頻器，制動(dòng)油泵，斷開安全閥和KT 線圈，進(jìn)行緊急制動(dòng)。
1）實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)、軟停車，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。
2）起動(dòng)及加速換擋時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
3）運(yùn)行速度曲線成S 形，使加減速平滑，無撞擊感。
4）安全保護(hù)功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有過卷、等速超速、定點(diǎn)超速、PLC編碼器斷線、錯(cuò)向、傳動(dòng)系統(tǒng)故障及自動(dòng)限速等保護(hù)功能。
5）設(shè)有回饋制動(dòng)、抱閘制動(dòng)的制動(dòng)方式，更加安全可靠。
6）該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)絞車的調(diào)速、換向、能量回饋制動(dòng)等功能，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。
7）采用雙PLC 控制回路，能夠?qū)崿F(xiàn)雙回路保護(hù)，一回路出現(xiàn)故障，另一回路還可以繼續(xù)運(yùn)行。
提升機(jī)變頻調(diào)速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1 所示，提升機(jī)ZJT－30－MSC 隔爆兼本安智能變頻調(diào)速的主要配置為變頻調(diào)速系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)及軸編碼器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中變頻調(diào)速系統(tǒng)（如圖2所示）又分為輸入電抗器、可控整流系統(tǒng)、電容平波系統(tǒng)、輸出逆變系統(tǒng)。變頻器主要對(duì)提升機(jī)的升降實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速等，可控整流系統(tǒng)是一種可回饋電能的逆變器，它可單獨(dú)作為高質(zhì)量的無功補(bǔ)償器使用，也可與其他系統(tǒng)相結(jié)合組成新的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)能量在交流側(cè)和直流側(cè)的雙向傳輸，同時(shí)，系統(tǒng)可將交流側(cè)的功率因數(shù)調(diào)整到任何希望的數(shù)值，且交流側(cè)的電流為近乎完美的正弦波。電容平波系統(tǒng)主要對(duì)電網(wǎng)脈動(dòng)整流濾波，使其達(dá)到輸出的波形平穩(wěn)。PLC 控制系統(tǒng)主要對(duì)提升機(jī)的變速、停車和精確制動(dòng)、提升起動(dòng)、下降起動(dòng)、故障復(fù)位及緊急制動(dòng)等操作控制。抱閘制動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)停車控制。軸編碼器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是把運(yùn)行的速度及方向和位置信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)中。
提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)按工作方式又分為變頻器、行程控制、操作控制和抱閘控制。
1.變頻器
在提升機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用中，變頻器主要進(jìn)行恒加速變頻調(diào)速起動(dòng)、恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運(yùn)行等變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)輸入電源的頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的，因此調(diào)速范圍很寬，一般變頻器基本上都可以達(dá)到0～400 Hz，頻率調(diào)節(jié)精度一般為0.01 Hz，可以很好地滿足提升機(jī)的恒加速和恒減速無級(jí)調(diào)速的要求。采用變頻器后，電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟起動(dòng)和平滑調(diào)速。變頻器調(diào)速有別于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，降低了轉(zhuǎn)差率，提高了電路的功率因數(shù)，可以恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)電效果。另一方面，變頻器還可通過軟件，很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩（即調(diào)整轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線）和加減速時(shí)間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。變頻器還具有強(qiáng)大的兼容功能，并根據(jù)使用要求進(jìn)行功能組合，參數(shù)設(shè)置（修改）和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。變頻器也可通過端子排控制，對(duì)行程進(jìn)行多段速度控制。圖3為變頻器恒加速和恒減速調(diào)速過程示意圖，加速和減速過程可以靈活的調(diào)節(jié)，這種調(diào)速方式對(duì)防止提升機(jī)的過卷、過放、脫軌等都是十分有利的。
2.行程控制（PLC控制）
提升機(jī)提升和下降的行程控制分為2個(gè)過程，一個(gè)為正向提升行程，另一個(gè)為反向下降行程。行程控制主要將提升機(jī)的升降過程劃分成不同的行程區(qū)間，根據(jù)每一行程區(qū)間的實(shí)際情況，可以用不同的變頻調(diào)速控制提升機(jī)的升降速度。行程控制不僅控制提升機(jī)整個(gè)升降行程過程中的變頻調(diào)速，而且控制提升機(jī)的停車和制動(dòng)過程。行程控制可以很好地防止提升機(jī)過卷、過放、脫軌和翻車等事故發(fā)生，特別適合具有彎道和叉道的特殊斜井。
行程控制是根據(jù)提升機(jī)的升降位置（行程區(qū)間）實(shí)施控制，PLC將行程位置轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)（如圖1所示），發(fā)出指令控制信號(hào)傳輸?shù)阶冾l器，進(jìn)行多段速變頻控制、停車控制和制動(dòng)控制等。
3.制動(dòng)控制
提升機(jī)的安全使用必須要有良好的制動(dòng)和制動(dòng)控制系統(tǒng)。制動(dòng)一般采取回饋制動(dòng)和抱閘制動(dòng)相結(jié)合，回饋制動(dòng)主要利用提升機(jī)的慣性在減速和下降行程所產(chǎn)生的再生能量進(jìn)行制動(dòng)。變頻器使用回饋單元實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，這是一種軟制動(dòng)形式，能很好地防止機(jī)械沖擊和快速下滑。為了防止滑車等事故，使用抱閘對(duì)提升機(jī)實(shí)施抱死制動(dòng)，抱閘制動(dòng)一般在停車時(shí)使用，當(dāng)運(yùn)行到停車位置時(shí)，PLC 對(duì)變頻器發(fā)出停車信號(hào)。同時(shí)，對(duì)抱閘制動(dòng)器發(fā)出抱閘控制信號(hào)，實(shí)施抱閘制動(dòng)。當(dāng)發(fā)生脫軌等事故時(shí)，操作控制實(shí)行緊急抱閘制動(dòng)。
4.操作控制
操作控制主要執(zhí)行提升起動(dòng)、下降制動(dòng)等控制。“提升起動(dòng)”操作控制變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行，提升過程由行程控制器的提升行程控制完成。“下降制動(dòng)”操作控制變頻器反轉(zhuǎn)，下降過程由行程控制器的下降行程控制完成。“緊急制動(dòng)”操作主要控制異常時(shí)的變頻器停止和抱閘制動(dòng)。
工作原理
ZJT－30－MSC 隔爆兼本安智能變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是操作臺(tái)發(fā)出操作指令信號(hào)，傳輸?shù)絇LC－A1和PLC－A2，PLC－A1和PLC－A2根據(jù)軸編碼系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)傳回的信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部比較，然后根據(jù)程序控制變頻器執(zhí)行起動(dòng)、停車、制動(dòng)、保護(hù)等功能。在PLC － A1 故障或與其有關(guān)的編碼器故障時(shí)，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“應(yīng)急1”位置，利用PLC－A2可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急手動(dòng)開車；同樣在PLC － A2 故障或與其有關(guān)的編碼器故障時(shí)，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“應(yīng)急2”位置，這時(shí)在PLC－A1內(nèi)，可把與PLC－A2相關(guān)的信號(hào)旁路掉，利用PLC－A1可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急手動(dòng)開車。
變頻器通過改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)絞車的調(diào)速。交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為
n＝60f1（1－s）/p
式中 n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；
f1—定子供電頻率；
p—極對(duì)數(shù)；
s—轉(zhuǎn)差率。
其中，變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理如圖2 所示，系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，“交—直—交”變頻理論最終產(chǎn)生PWM電壓。660VAC電源由隔爆接線腔R、S、T 3 個(gè)接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，經(jīng)整流平波電路輸入IGBT逆變橋，由逆變電路輸出 U、V、W 來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。對(duì)電動(dòng)機(jī)頻率的調(diào)整控制，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況需要，由外部速度鈕，以無級(jí)調(diào)速的方式設(shè)定好實(shí)際需要的參數(shù)值（即頻率/速度值），以精確地適應(yīng)所需頻率/速度/功率的要求。當(dāng)工作現(xiàn)場(chǎng)的工況要求發(fā)生變化時(shí)，可隨時(shí)用本質(zhì)安全型參數(shù)程序控制器（鍵盤或 CCS操作臺(tái)）來修改參數(shù)，應(yīng)用方便、靈活、可靠。
現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及運(yùn)行效果從2004年10月份，我單位使用該ZJT－30－MSC 型智能變頻調(diào)速裝置以來，經(jīng)過測(cè)算和試用相比較，節(jié)電率達(dá)到30% 以上。同時(shí)變頻絞車改造后，絞車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性大大增加，因此大大減少了運(yùn)行故障和維修時(shí)間，節(jié)約了大量人力和物力，很大程度地提高了運(yùn)輸能力。
