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摘 要：永安煤业有限责任公司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，机械、电气冲击大，运转维护费用高等缺点。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，降低维护费用等优点。文章叙述煤矿提升绞车变频调速的改造及应用效果。
关键词：提升绞车；变频调速；改造；效果
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0173-02
我公司有八对煤炭生产矿井，均采用斜井开拓方式，主要安装GKT、JT和JK型提升绞车担负着斜井的提升运输任务，这些绞车均采用绕线式电机转子回路串电阻调速，已经不能满足矿山运输的安全性、可靠性要求；电控均使用继电器结构原理，电控被国家煤监局列入第三批禁用和淘汰的设备和工艺名录中，期限至2012年底禁止使用。
从2009年开始公司共投入约202万元资金对公司下属各矿井井上下在用低压提升绞车进行变频调速技术及PLC技术改造，至2012年改造16台（我司近几年提升绞车变频调速改造如表1所示），解决了上述问题。本文以小华煤矿主提升GKT1.6×1.2-24绞车为例对绞车变频改造原理进行叙述，并对效果进行了分析。
1 变频器的选择
提升绞车变频器应选择具有失量控制方式及四象限运行能力的能量回馈功能变频器。我公司各矿井主要采用华腾V5-H系列高性能矢量控制变频器对绞车电控系统进行技术改造，除丰海煤矿斑二井2 m提矸双滚筒绞车和东坑仔矿主提升1.6m提煤双滚筒绞车由于是双钩提升，重车下放不经常，电机处于发电状态时间不长，采用价格比较低廉的IPC能耗制动单元的制动方式外，其余绞车变频器均带能量回馈单元。
2 变频调速系统和能量回馈单元工作原理
2.1 变频调速系统工作原理
V5-H型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， 可以接受DC 0～5 V、DC 0～10 V 和4～20 mA 工业标准信号。用于系统改造时，增加远控装置就可以实现工频与变频的相互转换，监视系统的操作和运行状况等功能。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。
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。
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（根据用户要求变频器内部可预置五个速度段，分别对应于变频器运行频率6 Hz、15 Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz，以适应控制系统对提升机不同运转速度的要求），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。
2.2 能量回馈单元工作原理
当电机进行制动时，制动阶段产生的再生电能将会回馈到上级变频设备，从而导致设备直流母线电压升高，影响设备安全及正常运行。我司绞车变频改造能量回馈单元，主要采用深圳市合兴加能科技有限公司生产的PFH型重载回馈单元，PFH重载回馈单元通过直流母线端子直接连接至变频器上。当直流母线电压达到一个设定阀值时，PFH自动开通以防止直流母线电压继续增长，即PFH采用电压自适应控制，无论电网电压如何波动，当提升机机械能转换成电能送入直流回路电容中时，能量回馈单元及时将电容中的储能回送电网，解决了能量回馈。PFH的电子器件由直流母线电压供电。
2.3 变频调速及工频调速系统的切换及互为备用
提升绞车为单机运行设备，可否正常运行，直接关系采区或整个矿井生产能否顺利进行，为确保提升绞车的安全正常运行，绞车除安装变频调速方式外，还保留工频运转方式，只要进行简单的操作就能实现工频、变频切换运转。工频调速系统只在应急情况下使用。变频、工频切换如图1所示。
3 绞车变频改造的安全效果及节能效益分析
①提升绞车安全可靠性得以提高，操作更加容易简便。系统实现软启动和软停车，能方便控制绞车提升速度，安全得到保证，极大地降低绞车的操纵难度；减速时采用电力制动自动减速，操作工无需再用施闸手段控制绞车速度，避免了超速、过卷的发生，杜绝了人工操作失误。同时盘形闸闸瓦或工作闸轮的磨损消耗大幅度减少。
②提升系统电能消耗明显下降。变频调速时转子电阻被短接，节约了加、减速阶段消耗在电阻上的电能。据统计分析，提升绞车变频调速可节约电能达20%～30%。
③电机发热大幅减轻。与转子串电阻调速相比，变频调速改造后电机定子、转子温度有较大幅度的降低，电机故障率大大降低。
④人员和设备工作环境得到改善。电机转子调速电阻的停止使用，大大降低现场环境温度，根据实测绞车变频改造后绞车房温度可下降2～3 ℃。减速过程用电力制动代替机械闸瓦制动，消除机械制动闸瓦或闸皮磨损造成的飞尘，司机的工作环境得到明显改善。
⑤无谐波污染，不干扰其他设备。变频调速本质上几乎不存在谐波污染，也不会对生产、安全通讯等其他设备，造成任何干扰，不需增加治理投资。
⑥节能效果和材料消耗分析。以小华煤矿为例：小华煤矿+746 m主斜井GKT1.6×1.2-24绞车担负全矿煤炭、矸石提升任务，全年煤炭产量11万t，掘进进尺5 000米，折成装1 t U型标准矿车，年提升重车13.1万车（其中矸石3.75万车），每钩提煤5部或提矸4部，下放6部空车，斜巷坡度20°，最长提升斜长719 m（+746 m至+500 m水平），电机功率155 kW，日运行时间达16 h。根据电表及现场测定改造前绞车年耗电量253 200 kW·h，改造后年耗电量200 400 kW·h（改造前后提升量相差不大），节电率达20%。改造后每年节约电费253 200 kW·h×20%×0.65元/ kW·h=32 916元。绞车变频改造后每台绞车每年起动电阻器、接触器、盘形闸闸瓦或工作闸轮等材料消耗据统计也可节省近2万元，合计年节约费用约为5.29万元。本变频调速方案公司投入资金为109 600元，按测算2年就可以回收投入成本。
4 结 语
我公司16台提升绞车经变频改造后的，操作简单方便，维护量少，控制系统可靠性和稳定性提高，节能效果较明显。由此可见，变频器在绞车上的应用具有很好效果，值得推广。
参考文献：
[1] 张芳房.提升绞车变频调速改造及效果分析[J].科技传播，2011，（17）.
关键词：提升绞车；变频调速；改造；效果
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0173-02
我公司有八对煤炭生产矿井，均采用斜井开拓方式，主要安装GKT、JT和JK型提升绞车担负着斜井的提升运输任务，这些绞车均采用绕线式电机转子回路串电阻调速，已经不能满足矿山运输的安全性、可靠性要求；电控均使用继电器结构原理，电控被国家煤监局列入第三批禁用和淘汰的设备和工艺名录中，期限至2012年底禁止使用。
从2009年开始公司共投入约202万元资金对公司下属各矿井井上下在用低压提升绞车进行变频调速技术及PLC技术改造，至2012年改造16台（我司近几年提升绞车变频调速改造如表1所示），解决了上述问题。本文以小华煤矿主提升GKT1.6×1.2-24绞车为例对绞车变频改造原理进行叙述，并对效果进行了分析。
1 变频器的选择
提升绞车变频器应选择具有失量控制方式及四象限运行能力的能量回馈功能变频器。我公司各矿井主要采用华腾V5-H系列高性能矢量控制变频器对绞车电控系统进行技术改造，除丰海煤矿斑二井2 m提矸双滚筒绞车和东坑仔矿主提升1.6m提煤双滚筒绞车由于是双钩提升，重车下放不经常，电机处于发电状态时间不长，采用价格比较低廉的IPC能耗制动单元的制动方式外，其余绞车变频器均带能量回馈单元。
2 变频调速系统和能量回馈单元工作原理
2.1 变频调速系统工作原理
V5-H型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， 可以接受DC 0～5 V、DC 0～10 V 和4～20 mA 工业标准信号。用于系统改造时，增加远控装置就可以实现工频与变频的相互转换，监视系统的操作和运行状况等功能。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。
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。
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（根据用户要求变频器内部可预置五个速度段，分别对应于变频器运行频率6 Hz、15 Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz，以适应控制系统对提升机不同运转速度的要求），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。
2.2 能量回馈单元工作原理
当电机进行制动时，制动阶段产生的再生电能将会回馈到上级变频设备，从而导致设备直流母线电压升高，影响设备安全及正常运行。我司绞车变频改造能量回馈单元，主要采用深圳市合兴加能科技有限公司生产的PFH型重载回馈单元，PFH重载回馈单元通过直流母线端子直接连接至变频器上。当直流母线电压达到一个设定阀值时，PFH自动开通以防止直流母线电压继续增长，即PFH采用电压自适应控制，无论电网电压如何波动，当提升机机械能转换成电能送入直流回路电容中时，能量回馈单元及时将电容中的储能回送电网，解决了能量回馈。PFH的电子器件由直流母线电压供电。
2.3 变频调速及工频调速系统的切换及互为备用
提升绞车为单机运行设备，可否正常运行，直接关系采区或整个矿井生产能否顺利进行，为确保提升绞车的安全正常运行，绞车除安装变频调速方式外，还保留工频运转方式，只要进行简单的操作就能实现工频、变频切换运转。工频调速系统只在应急情况下使用。变频、工频切换如图1所示。
3 绞车变频改造的安全效果及节能效益分析
①提升绞车安全可靠性得以提高，操作更加容易简便。系统实现软启动和软停车，能方便控制绞车提升速度，安全得到保证，极大地降低绞车的操纵难度；减速时采用电力制动自动减速，操作工无需再用施闸手段控制绞车速度，避免了超速、过卷的发生，杜绝了人工操作失误。同时盘形闸闸瓦或工作闸轮的磨损消耗大幅度减少。
②提升系统电能消耗明显下降。变频调速时转子电阻被短接，节约了加、减速阶段消耗在电阻上的电能。据统计分析，提升绞车变频调速可节约电能达20%～30%。
③电机发热大幅减轻。与转子串电阻调速相比，变频调速改造后电机定子、转子温度有较大幅度的降低，电机故障率大大降低。
④人员和设备工作环境得到改善。电机转子调速电阻的停止使用，大大降低现场环境温度，根据实测绞车变频改造后绞车房温度可下降2～3 ℃。减速过程用电力制动代替机械闸瓦制动，消除机械制动闸瓦或闸皮磨损造成的飞尘，司机的工作环境得到明显改善。
⑤无谐波污染，不干扰其他设备。变频调速本质上几乎不存在谐波污染，也不会对生产、安全通讯等其他设备，造成任何干扰，不需增加治理投资。
⑥节能效果和材料消耗分析。以小华煤矿为例：小华煤矿+746 m主斜井GKT1.6×1.2-24绞车担负全矿煤炭、矸石提升任务，全年煤炭产量11万t，掘进进尺5 000米，折成装1 t U型标准矿车，年提升重车13.1万车（其中矸石3.75万车），每钩提煤5部或提矸4部，下放6部空车，斜巷坡度20°，最长提升斜长719 m（+746 m至+500 m水平），电机功率155 kW，日运行时间达16 h。根据电表及现场测定改造前绞车年耗电量253 200 kW·h，改造后年耗电量200 400 kW·h（改造前后提升量相差不大），节电率达20%。改造后每年节约电费253 200 kW·h×20%×0.65元/ kW·h=32 916元。绞车变频改造后每台绞车每年起动电阻器、接触器、盘形闸闸瓦或工作闸轮等材料消耗据统计也可节省近2万元，合计年节约费用约为5.29万元。本变频调速方案公司投入资金为109 600元，按测算2年就可以回收投入成本。
4 结 语
我公司16台提升绞车经变频改造后的，操作简单方便，维护量少，控制系统可靠性和稳定性提高，节能效果较明显。由此可见，变频器在绞车上的应用具有很好效果，值得推广。
参考文献：
[1] 张芳房.提升绞车变频调速改造及效果分析[J].科技传播，2011，（17）.