矿井提升机调速系统的探索
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摘要：矿井提升机是用钢丝绳带动容器在井筒中升降，完成运输任务。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，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有精确的制动和定位功能，可靠性要求较高。本文就矿山提升机调速系统提出一些改造进行了分析探索，具有一定参考价值。
关键词：提升系统 调速 精确性 可靠性
1、 提升机现状分析
矿井提升机按工作方式分类如下：
（1）缠绕式提升机：
单卷筒提升机，一般作单钩提升。钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮与提升容器相连；卷筒转动时，钢丝绳向卷筒上缠绕或放出，带动提升容器升降。
双卷筒提升机，作双钩提升。两根钢丝绳各固定在一个卷筒上,分别从卷筒上、下方引出,卷筒转动时，一个提升容器上升，另一个容器下降。
（2）多绳摩擦式提升机：
多绳摩擦式提升机具有安全性高、钢丝绳直径细、主导轮直径小、设备重量轻、耗电少、价格便宜等优点，发展很快。
以上提升机不论哪种都需要调速平稳运转可靠，停车定位精确，这些需要有一套供电系统来完成，这也就是本文介绍的提升机调速的问题，下面就这方面问题做一下探讨。
提升机从供电方式上可分为交流供电和直流供电两种：
一是交流供电系统 ，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，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。
二是直流传动系统，采用直流电动机拖动系统，最初采用发电机系统、大功率晶闸管整流器系统，这几种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，前两种占地面积大，维修工作量也大等。
2 电控系统改造分析
变频器是利用交流异步电动机同步转速n。随电源频率变化而变化的特性，实现电动机调速运行的装置。变频器产生于20世纪60年代20世纪70年代随着大功率晶体管（CTR）的问世, 即场效应管的出现和性能的不断提高，使得变频器的性能有了极大的完善和发展。
变频器调速控制可以实现提升机的无级调速，可方便地进行恒转矩调速和恒功率调速的控制，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，调速范围广平滑性能好，节省了转子串电阻造成的能耗，具有明显的节能效果。
提升机所用的变频器主电路大都采用交―直―交电路。是利用电力半导体器件的通断作用通过控制电路控制其导通和关断将工频电源变换为另一频率并可调节频率和电压的电能控制装置。主电路是为电动机提供调频调压电源的电力变换部分，整流器的作用是将工频交流电源转换成直流电源，滤波器是抑制电压波动缓冲和平滑直流电压；逆变器是将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。
我们知道，电机的转速n与f供电频率s 磁极数p有以下关系：
n=（1-s）60f/p
其中： p ― 电机极数 s ― 转差率 f ―频率
由式可知，转速n与f频率成正比，与电机磁极对数成反比，由此可见有三种调速方法，一是改变电机磁极数p，二是改变转差率s，三是改变频率f。 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，电动机转速也就随之变化。
3 采用变频调速后可提高提升机运行成本
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，自动调整提升机的转速，可节省大量的电能。
3.2 变频器可延长设备使用寿命 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，调速范围宽。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 可实现远距离控制 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 提速简单易行，只要增加变频器输出的电压和频率，就可以实现电动机加速使提升机加速。转
3.5 保护齐全、通过系统的保护电路对主电路和控制电路提供可靠的保护，实现自动保护功能，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。
3.6体积小，现代变频器多采用智能化功率模块（IPM）,占地面积小 维护方便 。为了改善变频器的性能目前广泛采用了32位数字信号处理器（DSP）集成芯片缩短了变频器的采样时间、提高了控制性能。
4、选择变频器注意的事项
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。
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及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。
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平稳的速度控制，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．
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.
[2]冯垛生.《变频器的应用与维护》广州华南理工大学出版社.2003.
[3]《电气控制与运行技术》中国矿业大学出版社.2006.
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