提升绞车变频调速改造及效果分析
变频调速在矿井提升中的应用
变频调速在矿井提升中的应用摘要:变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的一种电气装置。
变频器的问世,在电气传动领域里发生了一场技术革命,即用交流调速取代其他调速方式。
变频调速技术具有节能、改善电机运行状态、减少电机损伤和对电网的冲击以及便于自动控制等诸多优势,被国内公认为最有发展前途的调速方式。
关键词:变频器变频调速1 变频调速与转子串电阻调速的比较1.1 转子调速现在大多数矿用提升机还在沿用传统的绕线转子异步电动机,用转子串电阻的方法调速。
这种系统属于传统的调速方法。
由人为机械特性可知,转子回路串电阻以后,机械特性变软,转速降低,其调速过程。
2 矿用提升机变频调速的改造及应用2.1 现场应用2010年3月淮北矿业集团海孜煤矿西部混合井绞车电控改造所选用的设备为交—直—交电压型变频调速系统,如图5所示。
该系统运行过程主要有两个部分。
(1)绞车电机作为电动机工作的过程,即正常逆变过程。
该过程主要是由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。
其中正常逆变过程是核心部分,它改变电动机定子的供电频率、电压。
起到调速作用。
(2)绞车电机作为发电机工作的过程,即能量回馈过程。
该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。
其中该部分整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。
二极管和为隔离二极管,其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。
电解电容的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压源,保证逆变部分运行更可靠。
回馈逆变部分是整个回馈过程的核心部分。
该部分实现回馈逆变输出电压相位于电网电压相位一致。
为了确保安全可靠,让变频调速系统于原系统并存,互为备用,随时切换。
同时为了让操作者不改变操作习惯,工频和变频系统都用员操作台操作,变频调速系统于原来调速系统切换搞糟方框图如图6所示。
2.2 运行效果及前景通过对该矿绞车电控系统的改造,运行一年来的效果告诉我们,绞车的稳定性和安全性都大大提高,节能效果明显。
变频器在提升机上应用
矿井提升机的变频调速改造一、概况矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。
提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。
某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。
煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。
在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，电机总是处于电动状态。
这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速一定规律变化。
斜井提升机的机械结构示意如图1所示。
斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。
提升机的基本参数是：电机功率55kW，卷筒直径1200mm，减速器减速比24︰1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。
目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。
这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。
另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。
提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。
这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。
二、改造方案为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（0~50Hz）范围内的恒转矩控制。
对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。
为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。
变频调速系统对矿山提升机的改造及应用
Ｒ０ Ｓ ｏ
图 １矿 用提 升机 变频调 速 系统 ： 变频调速系统对矿山提升机的改造及应用
起 疆 ：
第２ 期
因造成提升机超载 ， 因此变频器选型时要放大一级。 （ 绞 车电机作 为电动机的过程 ， １ ） 即正 常的逆变 丹佛斯 Ｖ Ｔ ０ ０ Ｌ ５０ 型变频器采 用无 传感器矢量 控制 过程。电能经整流桥、 滤波 电路和正常逆变器 ， 完成 系统 ， 特性优 良、 性价 比高 ， 可优先考虑。其具有如下
维普资讯
２０ 年 ０６
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３ ７
变 频 调 速 系统 对 矿 山提升 机 的改 造及 应 用
张拥 军
（ 新疆明苑物业管理有限责任公 司 乌鲁木 齐 ８００ ） ３００
摘 要 介绍 了运用变频器对矿用提升机 系统的改造 ， 实现安全生产和降低能耗 ， 提高生产效率 ．
（ 主令控制器作 为开关量控制变频器固定频率 １ ）
运行 。
４ 使用 变频 器对原调速系统 的改造
（ ４ Ｏ Ａ或 Ｏ Ｏ ２ —２ ｍ ） 一１Ｖ角行程信号发生装置速 以对低压绞车系统改造为主。为 了绞车安全可 度给定。变频器的内部参数根据现场调试 和试运行
靠， 采用变频调速系统与原调速系统并存 ， 为备用 ， 进行设定 、 互 调整 ， 直至达到提升机的要求 。 出现故障时可 以切换 ， 同时为了让操作者不改变操作 习惯 ， 、 工 变频系统都用原操作机构操作 ， 图 ２ 见 。
器就可达到要求。
矿用提升机变频调速系统 的工作原理
２ 使用该 系统 的优点
３ １ 交流异步电动机的转速公式为： ． ｎ ０＾ （ 一ｓ／ ＝６ １ ）
变频绞车在煤矿提升系统中的应用研究
变频绞车在煤矿提升系统中的应用研究作者：王明亮马喜明来源：《中国科技博览》2013年第21期[摘要]在煤矿生产系统中煤矿提升绞车担负着煤矿的运输任务，是提升煤炭、矸石、材料及运送人员的关键设备。
全数字变频绞车电控系统能够实现无级调速，降低能耗，故障少，维护方便等良好效果，使煤矿绞车系统迈上了一个新的台阶。
[关键词]绞车；变频；提升中图分类号：TD633文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0277-01一、煤矿提升绞车系统中变频的工作原理变频器是通过改变电机定子供电频率来改变电机的转速，以实现绞车的调速。
1.1 绞车电机作为电动机的过程，即正常的逆变过程。
该过程主要由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。
其中正常逆变过程是其核心部分，它改变电机定子的供电频率，从而改变输出电压，起到调速作用。
1.2 绞车电机作为发电机的过程，即能量回馈过程。
该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。
其中该部分的整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。
二极管为隔离二极管，其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。
电解电容的主要作用是为回馈逆变部分提供—个稳定的电压源，保证逆变部分运行更可靠。
回馈逆变部分是整个回馈过程的核部分，该部分实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致。
因为回馈逆变输出的是调制波，为保证逆变的正常工作以及减少对电网的污染，加了一个输出滤波部分，使该系统的可靠性更加稳定。
见于矿区电压的波动性可能比较大的事实，由于变频器的回馈条件是要和电网电压有一个固定电压差值，假若某时刻网电电压比较高，再加上回馈时的固定电压差值，此时变频器的母线电压就会达到一个比较高的电压值，如果再有重车下滑，则母线电压会更高，此时的高电压就有可能威胁到变频器的大功率器件的安全，为此，该系统又加了—个刹车部分，以保证变频器的安全。
二、变频调速系统设计2.1 电源柜电源柜主要通过隔离开关向变频器、提升机供电，同时为PLC控制台、操作控制台提工作电源。
矿井提升机变频调速改造
２１年第２ ０ ０ 期
时 间 与 系统 的运 行 速度 、 加 速 度 及 斜 井 的 深 度 有 关 ，各 段加 速度 的大小 根据 工艺 情 况确 定 ，运 行 的
但重车的减速时间较短 ，电机仍会处于再生状态 ， 工作 于第 二象 限 。 当另一 列重 车上 行时 ，电机处 于 反 向 电动 状 态 ，工 作 在第 三 象 限 和第 四象 限 。另 外 ，有 占总运 行 时 问 １ ０％ 的时 候单 独 运 送 工具 或
主触 头易 氧化 ，引发设 备故 障 。另 外 ，提 升机 在减
速和爬行阶段 的速度控制性能较差 ，经常会造成停 车位 置不 准确 。提升 机频繁 的启 动调 速和 制 动 ，在 转 子外 电路所 串电阻 上产生 相 当 大 的功耗 。这 种交 流 绕 线式 电机 串电阻 调速 系统 属 于有 级调 速 ，调速
（ ）第 四阶段 ：重车以变频器频率为 ｆ 的最 ４
大速度 稳定运 行 ，这段过 程最 长 。
矩较大 ，选用变频器时适当地 留有余量。由于提升 机 电机绝 大部 分 时 间都处 于 电动状 态 ，仅在 少数 时 间有 再生 能量 产 生 ，变 频 器接 入一 制动 单元 和制 动 电阻，就可以满足重车下行时的再生制动 ，实现平
Ｗ ＡＮＧ ａ — ｏ ｇ Ｈ ｉｙｎ
１ 概 况 目前 ，大 多 数 中 、小 型 矿 井 采 用 斜 井 绞 车 提
升 ，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式 电机 串电 阻调 速 系统 。这种 控 制系 统 由于 调速 过程 中交 流 接 触 器 动作 频 繁 ，设 备 运行 的 时间 较长 ，交 流接 触 器
速 技术 对提 升机 进行 了改造 。
关键 词 ：提 升机 ；变频 ；改造 中图分 类号 ：Ｔ ５４ Ｄ ３ 文献标 识 码 ：Ｂ 文章 编号 ：１０ — ０ ３（００ ０－ ０ ３ ０ ０７ １８ ２ １ ） ２ ０４ － ２
隔爆型变频调速在主提升绞车中的应用
西
煤
炭
科
技
２１ ０ ０年 第 １ 期
Ｎ０． １ ２ １ ０ ０
儿ＡＮＧＸＩＣＯＡＬ Ｓ Ｉ Ｃ ＥＮＣ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｅ
隔熄 型 变频 调 速在 主 提升 绞 车 巾响 应用
李 鑫金
（ 西 省煤 业 有 限责 任 公 司 丰 城 分公 司 ， 西 丰城 ３ １４ ） 江 江 ３ １ １
运行 ， 调速精度低 ， 特别是在出现负力提升 时 ， 由司机判 要
断 速 度 来 人 为投 入 低 频 动 力 制 动 装 置 ， 不 安 全 。 转 子 串 很 入 附 加 电阻后 ， 机 机 械 特 性 很 软 ， 速 运 行 时 负 载 稍 有 电 低 变 化 转 速 波 动很 大 ， 率低 。 电动 机 电 磁 功 率 中 的 转 差 功 效 率 全 部 转 化 为转 子 回路 中 的铜 耗 以 发 热 的 形 式 消 耗 掉 ， 浪 费 了大 量 的 电能 。运 行 中 电 阻散 发 出 大 量 热 量 ， 成 电 阻 造
然 而 ， 于传 统 观 念 的 影 响 ， 实 际 生 产 中 却 有 许 多 由 在 厂家 没 有 真 正 的 采 用 这 一 技 术 ， 仍 沿 用 过 去 的 操 作 方 而
法 ， 误 的认 为 料层 越 薄 ， 却 风 越 容 易 吹 过 ， 料 冷 却 越 错 冷 物
快， 因此 ， 然加 快 篦 速 至 最 高 。如 此 操 作 ， 本 无 法 形 成 仍 根
行 改 造 为 防爆 变 频 调 速 绞 车 。
动态调整输入 电流使直流母线 电压稳定 在设定值 上， 受 不
电网 电 压 的波 动 而 变 化 。逆 变 器 可 实 现 能 量 在 电机 侧 和 直 流侧 的 双 向 传 输 。最 大 输 出 转 矩 可 达 到 变 频 器 额 定 输 出转矩 的 ２ ， 能 持 续 １ｒｉ。低 频 运 行 时 输 出 转 矩 能 倍 并 ｎ ａ 达 到 １０ ０ ％变 频 器 额 定 转 矩 。 中间 直 流环 节 采 用 大 电容 滤 波 ， 流 电压 波 形 比较平 直 ， 当 于 内阻 抗 为 零 的恒 压 源 。 直 相
煤矿绞车转子变频调试报告
济宁运河矿-490井下提升机转子变频调速系统调试报告2009年5月27日至5月3日，济矿集团运河矿-490井下绞车电控系统改造，系统采用天津市民益电气有限公司专利技术生产的TKM-ZB/4-D2-355/4转子变频调速电控系统。
系统安装完毕后,进行转子变频电控系统调试。
系统实现了半自动运行：绞车自动加速、减速、爬行、停车，司机只需要在停车时，进行施闸定位和主令换向的操作，而在提升行程中不需要参与任何操作，只需要监控。
根据提升情况决定提升速度，要人工控制。
现将调试数据整理如下：一、基本参数：1、电机型号：YRKS450-10 355KW定子：6KV 46.7A转子: 809V270.3A转速：585转/分2、变频装置型号整流回馈单元：6SE7038-2EH85-1AA0 工厂编号：ZYX10457900019 逆变单元：6SE7036-OTJ60 工厂编号：ZYWD01576000333、提升参数提升井深：720米提升速度：3.82米/秒二、变频调试数据：1、加速段：加速时间：15秒加速度：0.25米/秒2、减速段：正向减速点：距离井口60米。
爬行速度0.78M/S反向减速点：距离井口90米。
爬行速度0.78M/S减速时间：15秒减速度：0.25米/秒爬行距离：50米三、系统参数：1速度继电器：1、GSJ2等速过速保护：PLC数据设定为等速速度的15%，对应实际速度为V=3.82×115%=4.39m/s。
2、GSJ1限速保护设定：超出给定速度10%动作。
3、深度指示器断轴及测速发电机欠压保护：由FM1、FM2计数比较，行程相差10m，DJ1吸合，保护动作。
4、接近井口定点限速保护：距离井口5米，检测速度，速度不得高于释放速度2米/秒。
5、制动油泵过压保护：制动油过压保护使用液压站接点，动作值设定在5.8MPa，油压超过设定值保护动作。
6、润滑油欠压：润滑油压欠压设定于0.12MPa，运行中允许一次开车，停车时不能送电。
矿井提升机中变频调速技术的应用分析
矿井提升机中变频调速技术的应用分析摘要：变频器在矿井提升机调速系统中的应用可以很好的解决调速和启动等问题，克服了转子串电阻调速系统的控制电路复杂、破损率高等缺点，有十分明显的节能效果，具有很好的应用和推广价值。
关键词：矿井提升机；变频器；变频调速；节能随着电力电子技术和微电子技术的飞速发展，变频器的性能也有极大提高。
变频调速在风机和泵类负载上的节能效果显著，并且具有无冲击启动和软停机的优良控制特性，因此变频器首先在冶金、电力、石化、民用建筑等方面的风机、水泵控制领域得到了广泛应用。
煤矿生产具有的特殊环境条件，在安全上有其特殊要求；因此变频器在煤矿的应用起步较晚，目前符合煤矿安全生产要求的隔爆型变频器产品还比较少。
1、矿井提升概述矿井提升机是在繁重而又复杂的条件下进行工作的设备，因此要求提升机的拖动装置能适应频繁启动、停止、调速及换相，并能实现重载启动。
在保证提升设备的安全可靠的情况下，按照设计的提升速度图工作。
矿井提升系统有竖井提升系统和斜井提升系统之分。
竖井提升系统提升能力大、荷载重，一般选用大功率电动机。
斜井提升系统应用在中小型矿井，当配用功率220 kW以上时，选用6 kV，YR型高压电动机；当配用功率200 kW以下时，选用380V(660 V)，YR型低压电动机。
2、提升机变频调速系统提升机变频调速系统主要由变频器，行程控制操作控制；能耗制动和抱闸制动等组成，变频器主要对提升机的升降实现变频调速等；行程控制主要对提升机的变速，停车和制动等进行精确的行程控制；操作控制主要完成提升机的提升启动，下降启动，故障复位及紧急制动等操作控制，能耗制动和抱闸制动主要实现提升机停车控制。
2.1 提升机变频器的容量选择。
电动机的额定值选定后，应选择相应的变频器容量。
为了充分发挥电动机的负载能力，提高起重设备的安全性能，采用专用提升机变频器进行控制。
变频器使电动机系统具有2倍的过载能力(200％，1min)。
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提升绞车变频调速改造及效果分析
摘要 煤矿在用的提升绞车多数采用绕线电机转子回路串电阻
调速，存在调速不匀，发热，能耗大，故障多等缺点。变频调速可
以实现提升绞车的无级调速控制，具有自动控制，消除电阻器发热，
降低能耗，故障少，维护方便等优点。本文叙述煤矿提升绞车变频
调速的改造及应用效果。
关键词 煤矿；提升绞车；变频调速；改造；节能；效果
中图分类号th2 文献标识码a 文章编号 1674-6708
（2011）50-0186-02
0引言
煤矿提升绞车担负着斜井或立井的提升运输任务，是提升煤炭、
矸石、材料及运送人员的关键设备。煤矿在用的提升中，多数是采
用绕线式电机转子回路串电阻调速，是能耗较大的设备。变频调速
的普遍应用，为煤矿提升绞车的调速改造，开辟了节能新途径。在
较少的投资改造后，能够实现无级调速，降低能耗，故障少，维护
方便等良好效果，具有广泛的应用前景。
1 提升绞车串电阻调速的缺点
1.1有极调速，变速冲击大
提升绞车串电阻调速，在加速或减速过程，其速度呈阶梯式跃
变，变速冲击大，对提升钢丝绳，提升容器及连接装置等都产生较
大的冲击力，也容易造成提升容器脱轨掉道。在提升运送人员时，
其调速不匀称，让乘坐人员感觉不舒服。变速冲击也给矿井提升安
全带来隐患。
1.2电阻器易发热，能耗大
提升绞车串电阻调速，在低速运行阶段，其能耗在转子回路的
电阻器上消耗，电阻器易发热，造成了严重的能源浪费。当下放重
物时，电机处于发电状态，由于没有能量处理环节，大量的电能消
耗在转子电阻上，据测定，约有30%的能量消耗在电阻器上，造成
浪费。同时也影响电阻器及电机的使用寿命。
1.3启动电流大，力矩小
绕线式电机的启动电流达额定电流的2~3倍，给电网造成冲击，
特别是较大功率的提升机更为明显。启动力矩小，带负荷能力差。
在低速和爬行阶段。需要依靠制动闸配合进行速度控制，速度控制
性能较差。
1.4控制系统复杂，故障多
提升绞车采用串电阻调速，其电控系统复杂，电器元件多，因
频繁的调速切换过程中，很容易使接触器、电阻器、电机电刷等电
器元件出现故障、失灵或损坏。维修费用高，维护工作量大，影响
矿井生产的机率高。
2 变频调速改造措施
提升机的电控系统采用plc精确控制，用变频调速系统替代原
串电阻调速系统。这里介绍保留原有的串电阻调速系统，改造时增
加转换开关，以实现在变频调速或串电阻调速之间的灵活切换，达
到两套系统互为备用。具体接法如下。
2.1主回路
主回路增加3个三刀双向开关（qs1、qs2、qs3）作为切换装置，
让三相电源、定子线圈、转子线圈分别接至相应开关位置，实现切
换。如图1（a）、（b）所示。
当处于变频调速运行时，所有开关切换至变频位置，三相电源
经双掷开关 qs1、自动空气开关qa接至变频器输入端子（r、s、t）
（同时将零线接至变频器零线端子n），变频器输出端子（u、v、w）
经双掷开关qs2接至电机定子线圈，绕线电机转子线圈经双掷开关
qs3后处于短接状态。
当处于原串电阻调速运行时，所有开关切换至工频位置，三相
电源经双掷开关qs1、qs2接至定子线圈，绕线电机转子线圈经qs3
接至原调速电阻装置。
2.2 控制回路
变频调速器提供完善的接口电路和工业标准信号，内设plc与
计算机编程接口，采用最新windows版本编程软件进行编程，既可
以与新装系统实现配套使用，也可以对老系统进行改造。接口电路
实现了变频调速器与控制系统的连接，具有正、反转控制，速度调
节，（可以采用档位调节方式，也可以采用模拟量输入方式），制动
系统连锁，安全回路连锁，监视操作、自动运行、状态提示等功能。
2.3运行控制方式
变频调速器依据提升机控制系统的不同，采用不同的接线方式
及控制程序，可以实现灵活的操作运行方式。变频调速系统可以实
现自动运行和手动运行两种方式。
2.3.1自动运行方式
利用变频调速器内部的plc 控制系统，设置闭环速度控制软件
参数，可以实现从起步、加速、等速、减速、停车等全过程自动调
速运行方式。提升机运行过程中，除开、停机外，可以不需要人工
干预。同时在控制台显示不同的运行状态。
2.3.2手动运行方式
在设置手动运行方式下，操作人员通过改变主令控制器输出量，
来控制变频调速器，以实现电机的爬行、加速、减速、等速运行，
实现无级调速。在系统给出减速信号后，变频调速器同样会启动机
内部自动减速程序。有效防止人工误操作的发生，保障系统运行安
全。
3 变频调速应用效果
1）新型变频调速器具有能量回馈功能，将提升绞车下放时的机
械能转换成电能回馈到电网。同时消除了调速时电阻能耗所产生的
发热。节电效果明显。改造前后通过电能计量统计，节电率可达
30%~35%；
2）调速范围广，实现无级调速。从起步、加速、等速到减速停
车，全过程变速均匀，消除了阶梯变速的现象，使提升容器的起步，
停车运行平稳，减少机械冲击，提高了安全系数；
3）启动电流小，起步平稳。电机在低频率下启动，电流小，对
电网及机械没有冲击。加减速过程中电机控制平稳，速度不随负载
的变化而有变化；
4）故障少，减少了维护工作量，降低维修成本。同时也没有了
电阻的发热，改善了作业环境；
5）机械制动与安全回路配合可靠，当系统出现紧急情况或突然
停电时，变频调速系统能够发出指令，自动实现机械制动，最大限
度的保障了安全。机械制动时变频调速系统不会出现过载、过流等
现象，可以实现重物的上升中途停车或平稳起步；
6）操作简便、易于掌握，设备振动小，噪声降低。
4 结论
选用能量回馈型变频调速器，对提升绞车进行了变频调速改造
后，运行情况良好，控制系统安全可靠，稳定性好，操作简单方便，
维护量少，节电效果明显。
参考文献
[1]电力拖动与控制.中国矿业出版社.
[2]plc编程入门教程.西门子公司.
[3]变频调速器产品说明书.