目前礦用提升機普遍使用交流繞線式電動機轉子串電阻調速控制系統(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子串電阻調速產(chǎn)生相當嚴重的能耗，且轉子串電阻調速控制電路復雜。這種轉子串電阻調速屬于有級調速，低速轉矩小，轉差功率大，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。針對串電阻調速系統(tǒng)的問題，本文介紹了變頻器在提升機調速系統(tǒng)中的應用。變頻器的調速控制可以實現(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。變頻器的調速還可以實現(xiàn)電動機的軟起動，節(jié)省了轉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任公司生產(chǎn)的ZJT － 30 型隔爆兼本安智能變頻調速裝置。該變頻調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。由于變頻調速裝置采用了隔爆兼本質安全型設計，符合《煤礦安全規(guī)程》，可應用于煤礦井下含有煤塵、瓦斯爆炸危險的環(huán)境中，做為局部風機、水泵、空壓機、提升絞車、帶式運輸機及其他設備電動機的變頻調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，適應范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。
7）采用雙PLC 控制回路，能夠實現(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。
提升機變頻調速的系統(tǒng)結構
如圖1 所示，提升機ZJT－30－MSC 隔爆兼本安智能變頻調速的主要配置為變頻調速系統(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，它可單獨作為高質量的無功補償器使用，也可與其他系統(tǒng)相結合組成新的系統(tǒng)，以實現(xiàn)能量在交流側和直流側的雙向傳輸，同時，系統(tǒng)可將交流側的功率因數(shù)調整到任何希望的數(shù)值，且交流側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換，傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)中。
提升機變頻調速系統(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)中的應用中，變頻器主要進行恒加速變頻調速起動、恒減速變頻調速停車及行程變頻調速運行等變頻調速。變頻調速是通過改變電動機輸入電源的頻率來調節(jié)電動機轉速的，因此調速范圍很寬，一般變頻器基本上都可以達到0～400 Hz，頻率調節(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速。變頻器調速有別于轉子串電阻調速，降低了轉差率，提高了電路的功率因數(shù)，可以恒轉矩輸出，輸出功率隨轉速變化，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矩（即調整轉矩補償曲線）和加減速時間、目標頻率、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)設置（修改）和動態(tài)調節(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速過程示意圖，加速和減速過程可以靈活的調節(jié)，這種調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將行程位置轉換成開關信號（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運行，提升過程由行程控制器的提升行程控制完成?！跋陆抵苿印辈僮骺刂谱冾l器反轉，下降過程由行程控制器的下降行程控制完成?！熬o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 故障或與其有關的編碼器故障時，將“應急方式”轉換開關置于“應急1”位置，利用PLC－A2可實現(xiàn)應急手動開車；同樣在PLC － A2 故障或與其有關的編碼器故障時，將“應急方式”轉換開關置于“應急2”位置，這時在PLC－A1內，可把與PLC－A2相關的信號旁路掉，利用PLC－A1可實現(xiàn)應急手動開車。
變頻器通過改變電動機定子供電頻率來改變電動機的轉速，以實現(xiàn)絞車的調速。交流異步電動機的轉速公式為
n＝60f1（1－s）/p
式中 n—電動機轉速；
f1—定子供電頻率；
p—極對數(shù)；
s—轉差率。
其中，變頻調速系統(tǒng)的工作原理如圖2 所示，系統(tǒng)內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，經(jīng)整流平波電路輸入IGBT逆變橋，由逆變電路輸出 U、V、W 來驅動電動機的運行。對電動機頻率的調整控制，可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由外部速度鈕，以無級調速的方式設定好實際需要的參數(shù)值（即頻率/速度值），以精確地適應所需頻率/速度/功率的要求。當工作現(xiàn)場的工況要求發(fā)生變化時，可隨時用本質安全型參數(shù)程序控制器（鍵盤或 CCS操作臺）來修改參數(shù)，應用方便、靈活、可靠。
現(xiàn)場應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。
