目前礦用提升機普遍使用交流繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速控制系統(tǒng)，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，特別在負載變動時很難實現(xiàn)恒減速控制，經(jīng)常會造成過放和過卷事故。提升機頻繁的起動和制動工作過程會使轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速產(chǎn)生相當(dāng)嚴重的能耗，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)速屬于有級調(diào)速，低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，起動電流和換檔電流沖擊大；中高速運行振動大，制動不安全，對再生能量處理不力。斜井提升機運行中調(diào)速不連續(xù)，容易掉道，接觸器、電阻器、繞線電動機電刷等容易損壞，故障率高，影響生產(chǎn)效益，特別是在煤礦生產(chǎn)中不能實現(xiàn)防爆要求。針對串電阻調(diào)速系統(tǒng)的問題，本文介紹了變頻器在提升機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。變頻器的調(diào)速控制可以實現(xiàn)提升機的恒加速和恒減速控制，能很好地防止提升機過卷和過放事故發(fā)生。變頻器的調(diào)速還可以實現(xiàn)電動機的軟起動，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)速控制電路簡單，克服了接觸器、電阻器、繞線電動機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故的發(fā)生。交頻器靈活的調(diào)速控制便于實現(xiàn)提升機的多段速控制，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元件和PLC 及輔助元件均采用進口產(chǎn)品，具有可靠性高，使用壽命長等特點。它能有效地保護電動機，延長電動機的使用壽命。由于變頻調(diào)速裝置采用了隔爆兼本質(zhì)安全型設(shè)計，符合《煤礦安全規(guī)程》，可應(yīng)用于煤礦井下含有煤塵、瓦斯爆炸危險的環(huán)境中，做為局部風(fēng)機、水泵、空壓機、提升絞車、帶式運輸機及其他設(shè)備電動機的變頻調(diào)速和起停及保護控制，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗，安全生產(chǎn)，延長電動機使用壽命等多重目的。
系統(tǒng)的優(yōu)點
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，另2條也同時斷開。安全電路斷開后，系統(tǒng)會立即解除運行控制指令，封鎖變頻器，制動油泵，斷開安全閥和KT 線圈，進行緊急制動。
1）實現(xiàn)了軟起動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠。
2）起動及加速換擋時沖擊電流很小，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，簡化了操作，降低了工人的勞動強度。
3）運行速度曲線成S 形，使加減速平滑，無撞擊感。
4）安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還設(shè)有過卷、等速超速、定點超速、PLC編碼器斷線、錯向、傳動系統(tǒng)故障及自動限速等保護功能。
5）設(shè)有回饋制動、抱閘制動的制動方式，更加安全可靠。
6）該系統(tǒng)四象限運行，可實現(xiàn)絞車的調(diào)速、換向、能量回饋制動等功能，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，一回路出現(xiàn)故障，另一回路還可以繼續(xù)運行。
提升機變頻調(diào)速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1 所示，提升機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)。變頻器主要對提升機的升降實現(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，它可單獨作為高質(zhì)量的無功補償器使用，也可與其他系統(tǒng)相結(jié)合組成新的系統(tǒng)，以實現(xiàn)能量在交流側(cè)和直流側(cè)的雙向傳輸，同時，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)主要對電網(wǎng)脈動整流濾波，使其達到輸出的波形平穩(wěn)。PLC 控制系統(tǒng)主要對提升機的變速、停車和精確制動、提升起動、下降起動、故障復(fù)位及緊急制動等操作控制。抱閘制動主要實現(xiàn)提升機停車控制。軸編碼器監(jiān)測系統(tǒng)是把運行的速度及方向和位置信號進行轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)中。
提升機變頻調(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
在提升機系統(tǒng)中的應(yīng)用中，變頻器主要進行恒加速變頻調(diào)速起動、恒減速變頻調(diào)速停車及行程變頻調(diào)速運行等變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是通過改變電動機輸入電源的頻率來調(diào)節(jié)電動機轉(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的恒加速和恒減速無級調(diào)速的要求。采用變頻器后，電動機可以實現(xiàn)真正意義上的軟起動和平滑調(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)矩補償曲線）和加減速時間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。變頻器還具有強大的兼容功能，并根據(jù)使用要求進行功能組合，參數(shù)設(shè)置（修改）和動態(tài)調(diào)節(jié)。變頻器也可通過端子排控制，對行程進行多段速度控制。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)速方式對防止提升機的過卷、過放、脫軌等都是十分有利的。
2.行程控制（PLC控制）
提升機提升和下降的行程控制分為2個過程，一個為正向提升行程，另一個為反向下降行程。行程控制主要將提升機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)間的實際情況，可以用不同的變頻調(diào)速控制提升機的升降速度。行程控制不僅控制提升機整個升降行程過程中的變頻調(diào)速，而且控制提升機的停車和制動過程。行程控制可以很好地防止提升機過卷、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)提升機的升降位置（行程區(qū)間）實施控制，PLC將行程位置轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號（如圖1所示），發(fā)出指令控制信號傳輸?shù)阶冾l器，進行多段速變頻控制、停車控制和制動控制等。
3.制動控制
提升機的安全使用必須要有良好的制動和制動控制系統(tǒng)。制動一般采取回饋制動和抱閘制動相結(jié)合，回饋制動主要利用提升機的慣性在減速和下降行程所產(chǎn)生的再生能量進行制動。變頻器使用回饋單元實現(xiàn)回饋制動，這是一種軟制動形式，能很好地防止機械沖擊和快速下滑。為了防止滑車等事故，使用抱閘對提升機實施抱死制動，抱閘制動一般在停車時使用，當(dāng)運行到停車位置時，PLC 對變頻器發(fā)出停車信號。同時，對抱閘制動器發(fā)出抱閘控制信號，實施抱閘制動。當(dāng)發(fā)生脫軌等事故時，操作控制實行緊急抱閘制動。
4.操作控制
操作控制主要執(zhí)行提升起動、下降制動等控制。“提升起動”操作控制變頻器正轉(zhuǎn)運行，提升過程由行程控制器的提升行程控制完成。“下降制動”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”操作主要控制異常時的變頻器停止和抱閘制動。
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發(fā)出操作指令信號，傳輸?shù)絇LC－A1和PLC－A2，PLC－A1和PLC－A2根據(jù)軸編碼系統(tǒng)、保護系統(tǒng)傳回的信號進行內(nèi)部比較，然后根據(jù)程序控制變頻器執(zhí)行起動、停車、制動、保護等功能。在PLC － A1 故障或與其有關(guān)的編碼器故障時，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“應(yīng)急1”位置，利用PLC－A2可實現(xiàn)應(yīng)急手動開車；同樣在PLC － A2 故障或與其有關(guān)的編碼器故障時，將“應(yīng)急方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“應(yīng)急2”位置，這時在PLC－A1內(nèi)，可把與PLC－A2相關(guān)的信號旁路掉，利用PLC－A1可實現(xiàn)應(yīng)急手動開車。
變頻器通過改變電動機定子供電頻率來改變電動機的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)絞車的調(diào)速。交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為
n＝60f1（1－s）/p
式中 n—電動機轉(zhuǎn)速；
f1—定子供電頻率；
p—極對數(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)動電動機的運行。對電動機頻率的調(diào)整控制，可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由外部速度鈕，以無級調(diào)速的方式設(shè)定好實際需要的參數(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)場的工況要求發(fā)生變化時，可隨時用本質(zhì)安全型參數(shù)程序控制器（鍵盤或 CCS操作臺）來修改參數(shù)，應(yīng)用方便、靈活、可靠。
現(xiàn)場應(yīng)用情況及運行效果從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)過測算和試用相比較，節(jié)電率達到30% 以上。同時變頻絞車改造后，絞車運行的穩(wěn)定性和安全性大大增加，因此大大減少了運行故障和維修時間，節(jié)約了大量人力和物力，很大程度地提高了運輸能力。
