浅谈提升调速系统的改造

    摘要：矿井提升机是地下矿山运输的主要设备，它是用一定的装备沿井筒运出矿石、废石、升降人员及材料、设备等运输环节。对矿井提升机电气传动系统的要求是:有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。本文就如何选择变频器对矿井提升调速系统提出一些改造进行了分析，具有一定借鉴意义。

    关键词：提升系统  变频调速  可靠性

    1 现状分析

    目前，我国地下矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统;这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。交流系统受当时国内提升控制设计理念和技术设备的局限，采用了大量继电器节点逻辑控制，保护部分，采用离元器件组成的模拟板件，系统经过长时间运行，产生了元器件及部分线路的老化控制板件出现性能不稳定，不但影响了正常生产，而且存在突发事故的重大隐患。

    矿用提升机普遍使用交流绕线式电动机转子串电阻调速控制系统，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒减速控制，经常会造成过放和过卷事故。提升机频繁的起动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当严重的能耗，且转子串电阻调速控制电路复杂。这种转子串电阻调速属于有级调速，低速转矩小，转差功率大，起动电流和换档电流冲击大；中高速运行振动大，制动不安全，对再生能量处理不力。斜井提升机运行中调速不连续，容易掉道，接触器、电阻器、绕线电动机电刷等容易损坏，故障率高，影响生产效益，特别是在煤矿生产中不能实现防爆要求。

    对于中、小型提升机，多采用交流电气传动系统。交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也很差。

    2 系统改造

    变频器的调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，能很好地防止提升机过卷和过放事故发生。变频器的调速还可以实现电动机的软起动，节省了转子串电阻造成的能耗，具有十分明显的节能效果。变频器调速控制电路简单，克服了接触器、电阻器、绕线电动机电刷等容易损坏的缺点，降低了故障和事故的发生。交频器灵活的调速控制便于实现提升机的多段速控制，能防止叉道和弯道脱轨事故。

    变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它的主电路大都采用交—直—交电路。先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

    从理论上我们可知，电机的转速n与f供电频率有以下关系：
    n=（1-s）
    其中： q ——电机极数  s——转差率
    由式可知，转速n与f频率成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

    3 采用变频调速后可取得的效果

    3.1 高效节能 采用变频调速后，启动为软启动，负荷控制器根据负荷大小的变化，自动调整皮带机的转速，节省了大量的电能。据统计总节电率可达40-70%,几个月内即可收回投资。

    采用变频调速，主电机转速下降，轴功率将下降很多，故节能潜力相当巨大。变频器的节能效果十分显着，特别是调节范围大，通过实际应用能直观地看出在流量变化时只要对转速（频率）作改变就会使轴功率更大程度上的改变。

    3.2 内置软启动、延长设备使用寿命 采用变频调速后，变频器内置起停软启动，可以从低频时开始缓慢地加速、减少了冲击，无骤停骤开现象。同时，避免了启动时对电机的冲击，可延长电机、设备的使用寿命。

    3.3 远距离控制 变频调速系统可以在1：10甚或1：20的广泛范围内进行调速并且可以方便的进行远距离控制，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，调速比可达1：100（有速度反馈时达1：1000）。此外，和同步控制器等附件配合，可实现比例控制和同步控制等，使设备具有自动化、省力化等高档次功能。

    3.4 升速容易 只要增加电动机的电压频率，就可以使设备升速，电动机的容量有一定的余量时，原有设备的负载能力可简单地提高10-20%，而且不必改变传动比。在50Hz和60HZ工频区，转速和电源频率无关只取决于变频器的输出频率，从而容易实现机械的标准化。

   3.5 操作简单 变频器功能参数设置方便快捷，不易出错，并可保存多套参数设置，根据不同的工况进行设置；能记录变频器每一次的操作及故障；定时记录运行参数，并可查阅打印记录报表，实时查看变频器的输入输出波形。

    4 选择变频器应注意的事项

    变频器，特别是高压变频器价格昂贵，如选择不当，达不到节电和提高生产效率的目的，以致造成浪费和不必要的麻烦和损失。

    通常最低转速不少于额定转速的50%，一般调速范围在100%~70%之间为宜，因为当转速低于额定转速的40%~50%时，电机本身的效率明显下降，是不经济的;调速范围确定时，应注意避开机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将可能损坏机组。
    可行性分析：在选择要进行的变频调速的设备对象以后，应从提高效率或提高产品质量的需要情况，从节约电能的情况进行分析、计算，并与变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。一般来说，如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。

    可靠性分析：变频器的可靠性如何，直接决定了变频器能否成功地应用于生产，这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿所购买的变频器可靠性不高，加之自身的维修技术力量不强，变频器出了故障，只好停用，甚至弃用。造成损失，同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。

    5 结束语

    我国是世界上的产煤大国，又是能源贫乏的国家之一，而且也是吨煤电耗比较高的国家。我们要创造出一条以低能耗实现现代化的新路,节能降耗是明智之举。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，在整个调速范围内均有很高的效率，节能效果明显，经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。采用变频器调速控制便于实现提升机的多段速控制，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。?因此，变频器在提升机调速系统中的应用有十分广阔的前景．应用矿用提升机专用变频器对提升机原有控制系统进行改造，已势在必行。

参考文献：

[1]李虹.《变频调速在矿山节能中的应用》变频器世界.2003.
冯垛生.《变频器的应用于维护》广州华南理工大学出版社.2003.
《采矿手册》冶金工业出版社.1991.
《电气控制与运行技术》中国矿业大学出版社.2006.