查找國(guó)內(nèi)外關(guān)于斜井提升機(jī)調(diào)速電控系統(tǒng)的有關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，煤礦提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一般采用三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速方法是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入金屬電阻，用主令控制器逐段切除電阻來(lái)達(dá)到加減速和調(diào)速的目的。采用轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的電控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的制動(dòng)方式為能耗制動(dòng)，制動(dòng)所產(chǎn)生的能量全部消耗在電阻上。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速屬有級(jí)調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速范圍小，調(diào)速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放時(shí)，需要?jiǎng)恿χ苿?dòng)與轉(zhuǎn)子串電阻及制動(dòng)閘配合操作，司機(jī)不易控制，安全性能差。在減速時(shí)和下放重物時(shí)，投入動(dòng)力制動(dòng)，不僅消耗外加直流電能，而且還將電動(dòng)機(jī)上的再生電能消耗在轉(zhuǎn)子串接的電阻上，浪費(fèi)了大量的電能，且運(yùn)行維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高。還有一種控制方式是變頻控制，但僅限于 660V 或 380V 低壓等級(jí)系統(tǒng)。

目前國(guó)內(nèi)外通用變頻技術(shù)，四象限變頻技術(shù)， PLC 絞車電控技術(shù)已很成熟，應(yīng)用已非常廣泛。但 6000V 絞車變頻電控系統(tǒng)未見報(bào)道和應(yīng)用。

據(jù)調(diào)查了解，國(guó)內(nèi)外至今沒(méi)有適用于我國(guó)煤礦井下提升機(jī)的 6000V 絞車變頻電控系統(tǒng)。將 6000V 四象限變頻技術(shù)、 PLC 絞車電控技術(shù)在井下斜井提升機(jī)上進(jìn)行綜合應(yīng)用并滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求，使設(shè)備達(dá)到各項(xiàng)保護(hù)完善的目的是事在必行的，也是礦井斜井提升機(jī)安全、高效提升的有效途徑。

1 技術(shù)關(guān)鍵

（ 1 ）數(shù)字本安電路實(shí)現(xiàn)斜井防爆提升機(jī)的雙線制運(yùn)行。

（ 2 ）將創(chuàng)造單元串聯(lián)多重化技術(shù)的國(guó)產(chǎn)高壓變頻器應(yīng)用于礦山提升機(jī)的記錄。

（ 3 ）變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)斜井提升能耗制動(dòng)轉(zhuǎn)為發(fā)電反饋制動(dòng)。

（ 4 ）采用矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)力矩大的目的。

（ 5 ）充分發(fā)揮 PLC 的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及計(jì)算功能，使提升機(jī)具有更完善的軟硬件保護(hù)功能，各主要保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙線制。

( 6 )滿足提升機(jī)頻繁起停要求。

( 7 )滿足井下100%的濕度要求。

2項(xiàng)目實(shí)施情況

（ 1）現(xiàn)有技術(shù)及基礎(chǔ)條件

峰峰集團(tuán)九龍礦是年設(shè)計(jì)能力 120 萬(wàn)噸的礦井 , 目前開采一水平煤層 , 正在為二水平開采做開拓延伸工程 。

高壓變頻器在風(fēng)機(jī)、泵類應(yīng)用已經(jīng)比較成熟 ,PLC技術(shù)和低壓變頻器在提升機(jī)的應(yīng)用也日趨成熟。

(2)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況

峰峰集團(tuán)九龍礦井下南二絞車環(huán)境惡劣，電控系統(tǒng)改造時(shí)，正值夏日，井下霧氣大，車房潮濕度極高；同時(shí)受我礦矸石電廠影響，電壓波動(dòng)范圍高達(dá) 5700V-6800V ，南二坡巷道破壞嚴(yán)重， 6KV 提升絞車四象限高壓變頻電控系統(tǒng)能否適應(yīng)如此惡劣的環(huán)境，經(jīng)受住工業(yè)性試驗(yàn)的考驗(yàn)，是三方攻關(guān)人員面臨的挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)三方共同的努力，解決了實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，使絞車的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，絞車達(dá)到了改造的目標(biāo)。

· 南二車運(yùn)行參數(shù)及環(huán)境條件

型號(hào) JK-2K

主電機(jī)功率 240KW

額定電壓 : 三相 AC6KV

最大速度 4m /s

斜坡長(zhǎng)度 930m

該絞車承擔(dān)九龍礦井下南二地區(qū)物料、人員、設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)，負(fù)荷在 15 噸范圍內(nèi)無(wú)規(guī)律變化，南二軌道坡有 7 個(gè)片口，絞車啟動(dòng)停止頻繁。

(3) 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)

6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)主要有變頻器、操作臺(tái)和傳感器?，F(xiàn)分述如下：

①新風(fēng)光電子公司 JD-BP37 型高壓提升變頻調(diào)速器

JD-BP37 型高壓提升變頻調(diào)速器采用新型 IGBT 為主控器件，全數(shù)字化，彩色液晶觸摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用先進(jìn)的矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)完成提升機(jī)的四象限運(yùn)行，用于鼠籠式電機(jī)或繞線式轉(zhuǎn)子串電阻電機(jī)控制，即可用于新礦井安裝，也可用于老礦井改造。風(fēng)光高壓提升變頻器，采用若干個(gè)低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，所用的 6kv 高壓提升變頻器，變壓器有 18 組付邊繞組 ，每相 分為 6 個(gè)功率單元 ，三相共 18個(gè)單元， 采用 36 脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)規(guī)定。高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖 1 示 . 。功率單元電路結(jié)構(gòu) 2示。

圖 1 高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 high voltage promotion inverter system structure drawing 圖 2功率單元電路結(jié)構(gòu)

Fig.2 power unit electric circuit structure

高壓提升變頻器是整個(gè)電控系統(tǒng)的一個(gè)核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受電控系統(tǒng)的操作命令，包括開停機(jī)、正反轉(zhuǎn)、抱閘信號(hào)及速度命令，按照操作命令進(jìn)行，同時(shí)它又將運(yùn)行狀態(tài)，包括工作頻率、電機(jī)電流、電源電壓、電流及故障信息隨時(shí)送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號(hào)及工作狀態(tài)自動(dòng)記錄以備查閱。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，也避免對(duì)變頻器引入干擾。

經(jīng)過(guò)研究，決定選用我山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP37-300T 高壓提升變頻器對(duì)該絞車電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

·新風(fēng)光電子公司 JD-BP37-300T 高壓提升變頻器主要性能指標(biāo)

變頻器功率 300KW

額定輸出電流 36A

輸入頻率 50Hz ± 5Hz

額定輸入電壓 6KV

允許電壓波動(dòng) ±20%

輸入功率因數(shù) ≥ 0.98

輸出頻率范圍 0~50Hz

輸出電壓范圍 0~6KV

頻率分辨率 0 .01Hz

加速時(shí)間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

減速時(shí)間 可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

變頻器效率 ≥96%

操作鍵盤 中文彩色液晶觸摸屏

界面語(yǔ)言 簡(jiǎn)體中文

過(guò)載能力 100% 連續(xù) 160% 連續(xù) 1min 220% 允許 1.5S

可提供直流制動(dòng) 、回饋制動(dòng)等多種制動(dòng)方式。

可滿足電動(dòng)機(jī)的四象限工作要求。

② 操作臺(tái)（雙 PLC 系統(tǒng)和中間繼電器）

操作臺(tái)上設(shè)有各種工況顯示設(shè)備，以彩色液晶顯示屏為主要顯示設(shè)備，可以觀察 PLC 運(yùn)行情況，各外部接點(diǎn)動(dòng)作狀態(tài)， 各模擬量回路狀態(tài)等，更加方便維修工作。同時(shí)還具有必要的開關(guān)量、模擬量的數(shù)字顯示，可以獨(dú)立提供必要的提升數(shù)據(jù)，其中包括：安全回路指示燈，油壓數(shù)字顯示液壓表，減速、故障聲光報(bào)警顯示，高、低壓表 , 電流表等。

③ 各種傳感器。

3 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)電氣保護(hù)實(shí)驗(yàn)

該系統(tǒng)具有以下幾種保護(hù)：

（ 1 ）立即安全自動(dòng)故障：該類故障綜合在硬軟件安全電路中。安全電路正常時(shí)吸合，有緊急故障時(shí)釋放。一旦安全電路釋放，就會(huì)立即封鎖變頻器，跳制動(dòng)油泵，并控制油壓系統(tǒng)電磁閥實(shí)施安全制動(dòng)，抱安全閘。主要的安全制動(dòng)故障有：

① 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)故障：如主回路和控制回路電源故障 , 主電機(jī)過(guò)溫、堵轉(zhuǎn) , 變頻器故障等。

② 過(guò)卷故障。

③ 超速故障：如等速、超速 , 減速段定點(diǎn)超速和連續(xù)超速等。

④ 緊急故障。

⑤ 液壓制動(dòng)系統(tǒng)故障：如制動(dòng)油泵跳 , 系統(tǒng)油壓高等。

⑥ 錯(cuò)向。

⑦ 測(cè)速機(jī)、軸編碼器斷線（深指斷軸）。

⑧ 松繩故障。

（ 2 ）先電氣制動(dòng)、后安全制動(dòng)故障：這類故障發(fā)生后，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行減速，當(dāng)速度降到爬行速度時(shí)會(huì)立即轉(zhuǎn)為緊急制動(dòng)。這類故障主要有：事故停車，閘瓦磨損。

（ 3 ）完成本次開車后、不允許再次開車故障：開車前如出現(xiàn)這類故障，則開不起車；如在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)，則允許本次開車完成，但不允許下次開車，除非故障解除后。這類故障主要有指電機(jī)過(guò)溫報(bào)警 , 液壓站油溫過(guò)高等。

我們進(jìn)行了過(guò)卷、超速、錯(cuò)向、編碼器斷線、松繩、過(guò)載、欠壓、缺相、閘瓦磨損等保護(hù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果各項(xiàng)保護(hù)均能可靠動(dòng)作，且顯示靈敏正確，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)記錄

在電控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們對(duì)絞車的運(yùn)行狀況進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)測(cè)記錄，主要有以下幾個(gè)方面。

（ 1 ） 6KV 絞車高壓變頻電控系統(tǒng)在環(huán)境潮濕度極大的情況下，連續(xù)安全運(yùn)行 8 個(gè)月無(wú)事故。

（ 2 ）絞車高壓變頻電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了四象限連續(xù)安全運(yùn)行。我們特別對(duì)下放重物的過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，下放 6 個(gè)砟罐時(shí)，速度最大時(shí)（ 4m/s ）時(shí)的電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如下表 5 示：

表 1 電流統(tǒng)計(jì)表

Tab.1 table of electric current statistical

（ 3 ） 6KV 絞車高壓變頻電控系統(tǒng)能夠適應(yīng)絞車頻繁啟動(dòng)停止的工況要求。九龍礦井下南二坡有 7 個(gè)片口，需要上下人員、物料、設(shè)備等，每天開車可達(dá) 60 多勾，經(jīng)過(guò) 8 個(gè)月的運(yùn)行無(wú)事故，證明該系統(tǒng)能滿足絞車頻繁啟動(dòng)停止的工況要求。

（ 4 ） 6KV 絞車高壓變頻電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，在 2005 年 12 月份的九龍礦南翼 220 工作面安裝，綜采支架運(yùn)輸過(guò)程中，由于軌道坡條件惡劣，出于安全考慮，需要絞車低速運(yùn)行，變頻絞車電控系統(tǒng)充分發(fā)揮其低速時(shí)可大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的特點(diǎn)，既安全又高效地完成了支架運(yùn)輸任務(wù)。

（ 5 ）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，絞車啟動(dòng)平穩(wěn)，加速過(guò)程正常 。 絞車運(yùn)行過(guò)程中，司機(jī)通過(guò)主令手把調(diào)整變頻器的輸出頻率 , 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，減速點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速，停車平穩(wěn)。

5 6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)運(yùn)行整體情況和結(jié)論

6KV 絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng)于 2005 年 8 月在九龍礦投入工業(yè)運(yùn)行，至今設(shè)備運(yùn)行良好，工作可靠，大大提高了系統(tǒng)的安全性能，降低了電耗及維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了絞車安全高效的目的。

絞車變頻調(diào)速電控系統(tǒng) 具有控制性能優(yōu)良 、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行效率高、維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟與能源節(jié)約要求的必然趨勢(shì)，它正成為礦山提升機(jī)傳動(dòng)的發(fā)展方向。 據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)大型煤礦 1000 家以上，若在全國(guó)煤礦絞車上推廣，經(jīng)濟(jì)效益更加可觀，該系統(tǒng)具有廣闊的市場(chǎng)前景。