副井提升机变频改造设计研究

董军豪 杜庆楠

摘 要： 矿山生产离不开矿井提升机的应用。矿井提升机发挥着运输材料、设备的积极作用，本文重点结合副井提升机变频改造设计原则、设计需求和相关性能展开研究，以期实现矿井运作的安全、正常性。

关键词：提升机；变频改造；设计

当前矿山交流提升系统一般选择“异步电机+转子串电阻加速+高压接触器换向+动力制动、减速+PLC逻辑操作”的控制模式。该模式不利于节能降耗，无法保证运作效率；且调速质量低，安全系数不高；控制模式有待创新、技术水平不先进。而针对副井提升机进行的变频改造，省去诸多繁琐流程，达到节能调速目的，提升系统安全性。

1 分析提升机技术参数

以某矿井为例，取单绳缠绕类副井提升机，型号为2JK-2.5×1.2；卷筒直径为2500mm；减速器速比值为1：30。其中，钢丝绳最大静拉力值90kN、直径为28mm、静拉力差值为55kN。提升斜长≤600m；提升速率为3.15m/s。

2 副井提升机变频改造设计规范

现阶段，国内矿山生产过程中副井提升机的变频改造设计，需要遵循以下七方面设计法则，即《煤矿安全规程》、《煤矿地面单绳缠绕式提升系统设计规格》、《矿山电力设计规范》、《交流传动矿井提升机电控设备技术条件》等。

3 系统构建

3.1 变频调速柜

变频调速，主要基于电源转变频率与电压两大参数项。变频器可以借助开闭环、编码器、矢量、总线和频率与力矩这些因素，进而生成多类控制模式。该系统所选择的变频调速柜，参考规范传动和变频器，取 ACS80-04-0610-7-200KW-380V 四象限能量回馈，特征如下：

第一，此变频器选择直接类转矩控制（即 DTC）的现代化电机控制方案，借助逆变设备的通断功能，调整电机变量参数，及转矩与磁通。变频器在辨识电机运作的过程中，可迅速构建精准度高的电机模型，电机电流值与直流回路电压值的检查频率为2.5μs/次，保证电机转矩与磁通数值的精准度。而比较器的功能在于精确对比电机转矩与磁通及控制器运算而形成的规范参数值，可实时明确逆变器的运作模式，保证副井提升机的高效运作。

第二，DTC 和一般PWM 磁通矢量傳动的差异体现在：DTC的开关运作均取决于独立的电机转矩与磁通。

第三，现代化的IGBT 功率模块。该模块的开关频率较高。而本文所阐述的副井提升机变频率主要为IGBT 回馈，其特征包括不需要能量对电路进行吸收；功率模块与触发电路一体化；器件数量降低可保证安全性。

第四，电动机零速满转矩。如ACS800 变频器控制电机，能够保证电机无测速仪器的状态下实现可以零速启动，迅速输出满转矩，改善了副井提升机运作过程中的下滑隐患。

第五，安全精确的能源回馈技术。在电动机减速制动过程中，可利用逆变器运作时的再生功率来加大变频调控器下的直流母线电压。通过变频器内部的芯片可作出相关指令内容，保证能源回馈系统的安全运行；使得电动机在减速制动过程中、放置重物过程中所形成的再生能源回馈至电网，保证副井提升机可于任一负载状态中变频调速。

第六，现代化机械制动应用技术。一旦变频器处于无力矩输出状态便开启抱闸，容易形成风险。 ACS800 变频器采取电流互感器对输出电流进行监测，通过向量分解来明确电机定子磁场方位，核算CPU 、IGBT 调制电压和频率参数。此外，借助通讯网络把电流和转矩数值输至PLC 柜，整体评估力矩值能否调控够液压并开启抱闸，保证周期的有效性；运作过程中可克服重物形成的摩擦与向上阻力。

3.2 控制方面

第一，PLC 控制柜。构建内容有两套西门子公司 S7-300 系列PLC 、接触设备、开关电源和继电设备。特征体现在：实现副井提升机全面控制性能；多路开关电源，方便操作台、继电设备和信号、现场仪表的操作；通讯组网；液晶屏。

第二，PLC需要整合、归纳每一输入、输出量的信息数据、控制程序以及反馈信息。本文所阐述的系统选择了两套西门子公司 S7-300系列，以作备用，有利于实现PLC的安全运作。将通讯网络建立到变频器和PLC 、人机界面内，可实时显示变频器的关键参数，加强系统运行效率。

4 系统基本功能

1）安全回路冗余。本系统选择双 PLC 加硬安全回路继电装置，达到“双线制”冗余调整与全方位的风险预控机能。2）强化速率、行程检测性能。系统可满足速率与行程检测的全方位要求，精确值>0.05m，主要通过人机交互界面、数字式、模拟图形等来显示；一旦电流高出额定值的 115%，则可以自行报警。3）自主降速性能。系统可自性传递降速控制信号，且设置声光信号，保证可在运作过程中自行降速。4）故障状态记忆。制动停车过程中，可寻思记忆于人机界面内，并精确反映故障阶段容器方位和风险种类。5）断电记忆。系统在断电阶段，可高效保存参数信息、副井提升机方位、状态等；供电正常后，自行恢复所保存的信息数据。6）开车模式多元化。绞车运作状态包括自动和手动、检修模式。a.自动模式：闸和速度的给定为自动化，符合于安全回路下打点信号与路径记忆，按下自动开车按钮之后，绞车会遵循已经设置完毕的速度来高效操作。b.手动、检修模式：闸和绞车速度、路径的给定操控取决于制动及主令手把。c.选择先进控制技术来控制闭环速度，能够遵循给定参数在负力减速、负载环境下安全运作，保证交流拖动系统可在负力背景下满足直流拖动系统调速要求。副井提升机变频改造的创新设计，可完善交流绕线式电机转子串电阻调速对系统的调控，优化速率调节，达到节能降耗的目的。

5总结

副立井提升机变频改造设计，有利于优化系统功能，控制系统实现柔性化，通过副井提升机的变频改造设计，免去了电控系统结构的诸多繁琐内容，使用简便且编程工作高效，相对于以往的系统维护工作程度来说，已经降低50%左右，耗电量已减少30%，为副井提升机的安全运作提供了强有力的保障。

参考文献：

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作者简介：董军豪，本科，主要从事煤矿机电运输技术管理工作；杜庆楠，河南理工大学电气工程与自动化学院教授，硕士生导师。