變頻器在礦井提升系統中的應用

A. 變頻器在皮帶機上節能改造效果的資料

國內現有大多數煤礦的皮帶輸送機一般都採用工頻拖動，較少使用變頻器驅動。由於電機長期工頻運行加之液力耦合器效率等問題，造成皮帶運輸機運行起來非常不經濟；同時由於電機無法採用軟起軟停，在機械上產生劇烈沖擊，加速機械的磨損；還有皮帶、液力耦合器的磨損和維護等問題都會給企業帶來很大數額的費用問題。這對於現在創建節能型社會是不相符合的，對煤礦企業的皮帶輸送機進行變頻改造對節約社會能源、增加煤礦企業的經濟效益都具有非常現實的經濟意義和社會意義。 皮帶輸送機的結構組成華北某煤礦400米井下採煤作業面採用三段式皮帶下行傳送；第一段向下運輸，水平距離950米，提升高度116.3米；第二段向下運輸，水平距離680米，提升高度25米；第三段向下運輸，水平距離630米，提升高度84.2米。運輸能力為3000噸/小時（最大），皮帶帶寬1.4米，皮帶機運行速度為4m/s，運輸方式為下運。改造前的拖動方式為每段皮帶機由兩台660V、250KW饒線式三相非同步電動機經液力耦合器同軸連接；皮帶機的啟動和運行方式為，繞線電機經轉子繞組降壓啟動後工頻運行，經液力耦合器切換至皮帶機。

第一、二段皮帶機的電機分別由同一線路的兩台變壓器供電，第三段皮帶機的電機由同一線路的另一台變壓器供電。改造前各段皮帶機自成體系，互不聯系，均採用手動運行方式，皮帶機啟動後電機恆速運行，採用調節液力耦合器的機械效率來調整皮帶的速度。 皮帶機的工作原理和特點皮帶機通過驅動輪鼓，靠摩擦牽引皮帶運動，皮帶通過張力變形和摩擦力帶動物體在支撐輥輪上運動。皮帶是彈性儲能材料，在皮帶機停止和運行時都儲存有大量勢能，這就決定了皮帶機的啟動時應該採用軟啟動的方式。國內大多數煤礦採用液力耦合器來實現皮帶機的軟啟動，在啟動時調整液力耦合器的機械效率為零，使電機空載啟動。雖然採用了轉子串接電阻改善啟動轉矩和降壓空載啟動等方法，但電機的啟動電流仍然很大，不僅會引起電網電壓的劇烈波動，還會造成電機內部機械沖擊和發熱等現象。同時採用液力耦合器軟起皮帶時，由於啟動時間短、載入力大容易引起皮帶斷裂和老化，要求皮帶的強度高。加之液力耦合起長時間工作會引起其內部油溫升高、金屬部件磨損、泄漏及效率波動等情況發生，不僅會加大維護難度和成本、污染了環境，還會使多機驅動同一皮帶時難以解決功率平均和同步問題。

皮帶機變頻改造後，將原有的電氣櫃保留作為工頻旁路，同時將液力耦合器的效率調至最大；如果調試中變頻器發生故障，則可以利用原有的工頻啟動櫃應急運行，啟動時調整液力耦合器效率為零，電機空載啟動，啟動後適當調整液力耦合器效率。當整個設備運行調試完成後，實驗運行一段時間證明設備整體運行穩定、良好後，可以拆除液力耦合器，將皮帶轉軸直接連接到電機上。拆下的液力耦合器入庫儲存備用，如果發生變頻器故障需要工頻運行時，可以把相應的液力耦合器再裝上實現應急運行。 經過變頻技術改造後皮帶機運行良好，徹底實現了皮帶輸送機的軟起、軟停運行方式，大大提高了系統的功率因數和系統效率。

改造後系統可以根據負載變化情況自動調整輸出頻率和輸出力矩，改變了以前電機工頻恆速運行的模式，在很大程度上節約了電力能源；而且四象限中高壓變頻器的使用實現了皮帶機能量回饋功能，進一步使得皮帶機的能耗降低；液力耦合器的退出更大地節約了設備的維護和維修費用。經過改造後的運行，事實證明國產基茨系列中高壓變頻器與眾多國內外過渡型中高壓變頻產品相比，有著無法比擬的優越的產品性能和無法超越的技術領先優勢；在煤炭行業的節能改造中應用能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對於創建節能環保型的社會發揮著重要的作用。

B. 國產煤礦用（煤礦）變頻器都有哪些

選三晶變頻器S350系列重載型就可以

三晶變頻器在煤礦提升機上的應用

礦井提升機是煤礦、鐵礦、有色金屬礦生產過程中的重要設備。提升機的安全、可靠運行，直接關繫到企業的生產狀況和經濟效益。本文介紹的是煤礦斜井絞車提升機採用SAJ-8000Z(132kw)變頻器進行改造的實例及所取得的節能等效益。

引言

礦井提升機是煤礦、鐵礦、有色金屬礦生產過程中的重要設備。提升機的安全、可靠運行，直接關繫到企業的生產狀況和經濟效益。煤礦井下採煤，採好的煤通過斜井用提升機將煤車拖到地面上來。煤車廂與火車的運貨車廂類似，只不過高度和體積小一些。在井口有一絞車提升機，由電機經減速器帶動捲筒旋轉，鋼絲繩在捲筒上纏繞數周掛上一列煤車車廂，在電機的驅動下將裝滿煤的列車從斜井拖上來或放下去。這種拖動系統要求電機頻繁的正、反轉起動，減速制動，而且電機的轉速按一定規律變化。斜井提升機的機械結構示意圖如圖1所示。斜井提升機的動力由繞線式電機提供，採用轉子串電阻調速。提升機的基本參數是:電機功率55kW，捲筒直徑Φ1200mm，減速器減速比24:1，最高運行速度2.5m/s，鋼絲繩長度為120m。

圖1提升機捲筒機械傳動系統結構示意圖

目前，大多數中、小型礦井採用斜井絞車提升，傳統斜井提升機普遍採用交流繞線式電機串電阻調速系統，電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統由於調速過程中交流接觸器動作頻繁，設備運行的時間較長，交流接觸器主觸頭易氧化，引發設備故障。另外，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經常會造成停車位置不準確。提升機頻繁的起動﹑調速和制動，在轉子外電路所串電阻的上產生相當大的功耗。這種交流繞線式電機串電阻調速系統屬於有級調速，調速的平滑性差;低速時機械特性較軟，靜差率較大;電阻上消耗的轉差功率大，節能較差;起動過程和調速換擋過程中電流沖擊大;中高速運行震動大，安全性較差。

改造方案

為克服傳統交流繞線式電機串電阻調速系統的缺點，採用變頻調速技術改造提升機，可以實現全頻率(0～50Hz)范圍內的恆轉矩控制。對再生能量的處理，可採用價格低廉的能耗制動方案或節能更加顯著的回饋制動方案。為安全性考慮，液壓機械制動需要保留，並在設計過程中對液壓機械制動和變頻器的制動加以整合。礦井提升機變頻調速方案如圖2所示。

圖2礦井提升機變頻調速方案

考慮到繞線式電動機比鼠籠式電動機的力矩大，且過載能力強，所以仍用原來的4極55kW繞線式電機，在用變頻器驅動時需將轉子三根引出線短接。提升機在運行過程中，井下和井口必須用信號進行聯絡，信號未經確認，提升機不能運行。為顯示運行時車廂的位置，使用E6C3-CS5C40P旋轉編碼器，即電機旋轉1圈旋轉編碼器產生40個脈沖，這樣每兩個脈沖對應車廂走過的距離為1200×π/(24×40)=3.927，約為3.9mm。則與實際距離的誤差值為4-3.9=0.027mm，捲筒運行一圈誤差為0.027×40×24=25.29mm，已知鋼絲繩長度為120m，如果兩個脈沖對應車廂走過的距離用近似值3.9mm計算，120m全程誤差為25.92×120000/1200π≈825mm。再考慮到實際檢測過程中有一個脈沖的誤差，則最大的誤差在821mm～829mm之間，對於數十米長的車廂來說誤差范圍不到1m，精度足夠。因此，用計數器實時統計旋轉編碼器發出的脈沖個數，則可計算出車廂的位置並用顯示器顯示。另外一個問題是計數過程中有無累計誤差存在？實際檢測時，在一個提升過程開始前，首先將計數器復位，第一個重車廂經過某個位置時，打開計數器計數，車廂在斜井中的位置以此點為基準計算，沒有累計誤差。在操作台上，用8英寸觸摸屏顯示交流電壓和電機工作電流以及車廂的位置。

方案實施

斜井提升負載是典型的摩檫性負載，即恆轉矩特性負載。重車上行時，電機的電磁轉矩必須克服負載阻轉矩，起動時還要克服一定的靜摩檫力矩，電機處於電動工作狀態，且工作於第一象限。在重車減速時，雖然重車在斜井面上有一向下的分力，但重車的減速時間較短，電機仍會處於再生狀態，工作於第二象限。當列重車上行時，電機處於反向電動狀態，工作在第三象限和第四象限。另外，有占總運行時間10%的時間單獨運送工具或器材到井下時，電機純粹處於第二或第四象限，此時電機長時間處於再生發電狀態，需要進行有效的制動。用能耗制動方式必將消耗大量的電能;用回饋制動方式，可節省這部分電能。但是，回饋制動單元的價格較高，考慮到單獨運送工具或器材到井下僅占總運行時間的10%，為此選用價格低廉的能耗制動單元加能耗電阻的制動方案。

提升機的負載特性為恆轉矩位能負載，起動力矩較大，選用變頻器時適當地留有餘量，因此，三晶132kW變頻器。由於提升機電機絕大部分時間都處於電動狀態，僅在少數時間有再生能量產生，變頻器接入一制動單元和制動電阻，就可以滿足重車下行時的再生制動，實現平穩的下行。井口還有一個液壓機械制動器，類似電磁抱閘，此制動器用於重車靜止時的制動，特別是重車停在斜井的斜坡上，必須有液壓機械制動器制動。液壓機械制動器受PLC和變頻器共同控制，機械制動是否制動受變頻器頻率到達埠的控制，起動時當變頻器的輸出頻率達到設定值，例如0.2Hz，變頻器A、B埠輸出信號，表示電機轉矩已足夠大，打開液壓機械制動器，重車可上行;減速過程中，當變頻器的頻率下降到0.2Hz時，表示電機轉矩已較小，液壓機械制動器制動停車。緊急情況時，按下緊急停車按鈕，變頻器能耗制動和液壓機械制動器同時起作用，使提升機在盡量短的時間內停車。

提升機傳統的操作方式為，操作工人坐在煤礦井口操作台前，手握操縱桿控制電機正、反轉共三擋速度。為適應操作工人這種操作方式，變頻器採用無級（無檔位）調速。變頻調速原理圖如圖3所示。

圖3變頻調速原理圖

節電率與投資回報分析

某鐵底礦使用的煤礦提升機,原採用132KW三相非同步電動機,轉子串電阻調速,用交流接觸器進行速度切換,由於功率比較大,所以啟動換檔時沖擊電流大,中高速運行不平穩,大量的電能消耗在轉子電阻上,告成能源的極大浪費。同時，工人的操作環境也極惡劣，急需進行改造。

由於變頻器具有軟啟動、大范圍內平滑調速、節能效果顯著等優點，因此我礦經過多方考察，決定採用廣州三晶電氣有限公司生產的系列變頻器對絞車系統進行變頻改造，經過幾個月的運行，證明改造的效果比較理想，主要表現在：

1、實現了啟動時的軟啟動、軟停車，減輕了對電網的沖擊。

2、變頻器的頻率連續調節，使調速更加方便、可靠，運行更平穩。

3、使用變頻器後省去原先的換檔接觸器及調速電阻，即節省了維修費用，又減少了停機維修時間，從而提高了產量。同時改善了惡劣操作環境，使工人避免在夏季調速電阻發熱告成的高溫條件下工作。

4、在低速時節能效果十分明顯。礦井深300多米，測量時用4/50的電度表，在相同耗電量的情況下，用工頻可拉17勾，而使用變頻可拉26勾，即變頻比工頻多拉9勾。經估算節電率約為20%。由於使用了變頻器，設備基本上是滿載運行。即使我們採用保守演算法，把132KW的電機功率折扣為120KW，每天只使用20小時，每年工作360天，一年節電仍高達30.24萬度（120*0.35*20*360=302400度)。若以每度電0.5元計算(當地電價0.6元),則每年可節電費15萬多元(302400*0.5=151200元)。

結束語

繞線式電機轉子串電阻調速，電阻上消耗大量的轉差功率，速度越低，消耗的轉差功率越大。使用變頻調速，是一種不耗能的高效的調速方式。提升機絕大部分時間都處在電動狀態，節能十分顯著，經測算節能20%以上，取得了很好的經濟效益。另外，提升機變頻調速使系統運行的穩定性和安全性得到大大的提高，減少了運行故障和停工工時，節省了人力和物力，提高了運煤能力，間接的經濟效益也很可觀。

C. 矢量變頻器一般用在什麼地方的

1、負載扭矩較大，且低速運轉的地方;
2、需要進行閉環控制;
一般是這兩類場合應用較多。
具體應用如下
在不對扶梯的正常使用產生任何負面影響的前提下，引入矢量變頻調速的概念。即變頻器根據感測器產生的信號，在有人乘坐時，扶梯以原有速度運行(50Hz);當無人時，扶梯減速到低速或停止運行。
系統要求變頻器啟動運行平穩，加速性能好，啟動轉矩大，過載能力強，同時應具備當變頻器調速系統出現故障時，控制系統自動切換到工頻運行，保障扶梯輸送功能的正常實施。
對於客用自動扶梯，一般使用高峰期出現在下午及晚間時段，其餘時段使用率較低，具有相當節能空間。根據以上改造原則，從投資成本及自動化水平兩方面考慮，擬使用以下變頻拖動方案:
·採用SAJ-8000G變頻器驅動電梯主機，變頻器採用多段速控制模式，並設置主頻率(低速)、多段速頻率1(高速)兩種運行頻率;
·在電梯首尾處各安裝一支紅外感測器開關，乘客通過電梯時，紅外感測器開關被觸發並發出開關信號給變頻器;
·有客流時，紅外感測開關被觸發，變頻器立即加速到多段速頻率2，並使電梯高速運行;
·電梯高速運行時，變頻器內置計時器開始計時，若在計時的時間段內再無乘客通過電梯，計時結束後變頻器將自動切換到多段速頻率1，進行低速運行;
·若在計時器計時期間，有乘客重新觸發光電開關，計時器將重新計時;
·對電梯上行和下行，外圍控制採用開關互鎖，保證扶梯系統的正常工作;
·為消耗下行，或者制動過程產生的多餘能量，需在變頻器上加裝制動電阻。
採用三晶矢量通用型變頻器驅動電梯主機，不但能夠滿足系統啟動運行平穩、啟動轉矩大、過載能力強、轉速調節精度高的要求;而且電機通過變頻拖動，可減少機械磨損，延長使用壽命，工作更加安全可靠，因為調節電機轉速空間大，使得系統節能效果更為顯著。

D. 起重、提升行業為什麼要用變頻器

SAJ三晶變頻器在煤礦提升機上的應用：

礦井提升機是煤礦、鐵礦、有色金屬礦生產過程中的重要設備。提升機的安全、可靠運行，直接關繫到企業的生產狀況和經濟效益。本文介紹的是煤礦斜井絞車提升機採用SAJ-8000Z(132kw)變頻器進行改造的實例及所取得的節能等效益。

引言

礦井提升機是煤礦、鐵礦、有色金屬礦生產過程中的重要設備。提升機的安全、可靠運行，直接關繫到企業的生產狀況和經濟效益。煤礦井下採煤，採好的煤通過斜井用提升機將煤車拖到地面上來。煤車廂與火車的運貨車廂類似，只不過高度和體積小一些。在井口有一絞車提升機，由電機經減速器帶動捲筒旋轉，鋼絲繩在捲筒上纏繞數周掛上一列煤車車廂，在電機的驅動下將裝滿煤的列車從斜井拖上來或放下去。這種拖動系統要求電機頻繁的正、反轉起動，減速制動，而且電機的轉速按一定規律變化。斜井提升機的機械結構示意圖如圖1所示。斜井提升機的動力由繞線式電機提供，採用轉子串電阻調速。提升機的基本參數是:電機功率55kW，捲筒直徑Φ1200mm，減速器減速比24:1，最高運行速度2.5m/s，鋼絲繩長度為120m。

節電率與投資回報分析：

某鐵底礦使用的煤礦提升機,原採用132KW三相非同步電動機,轉子串電阻調速,用交流接觸器進行速度切換,由於功率比較大,所以啟動換檔時沖擊電流大,中高速運行不平穩,大量的電能消耗在轉子電阻上,告成能源的極大浪費。同時，工人的操作環境也極惡劣，急需進行改造。

由於變頻器具有軟啟動、大范圍內平滑調速、節能效果顯著等優點，因此我礦經過多方考察，決定採用廣州三晶電氣有限公司生產的系列變頻器對絞車系統進行變頻改造，經過幾個月的運行，證明改造的效果比較理想，主要表現在：

1、實現了啟動時的軟啟動、軟停車，減輕了對電網的沖擊。

2、變頻器的頻率連續調節，使調速更加方便、可靠，運行更平穩。

3、使用變頻器後省去原先的換檔接觸器及調速電阻，即節省了維修費用，又減少了停機維修時間，從而提高了產量。同時改善了惡劣操作環境，使工人避免在夏季調速電阻發熱告成的高溫條件下工作。

4、在低速時節能效果十分明顯。礦井深300多米，測量時用4/50的電度表，在相同耗電量的情況下，用工頻可拉17勾，而使用變頻可拉26勾，即變頻比工頻多拉9勾。經估算節電率約為20%。由於使用了變頻器，設備基本上是滿載運行。即使我們採用保守演算法，把132KW的電機功率折扣為120KW，每天只使用20小時，每年工作360天，一年節電仍高達30.24萬度（120*0.35*20*360=302400度)。若以每度電0.5元計算(當地電價0.6元),則每年可節電費15萬多元(302400*0.5=151200元)。

結束語

繞線式電機轉子串電阻調速，電阻上消耗大量的轉差功率，速度越低，消耗的轉差功率越大。使用變頻調速，是一種不耗能的高效的調速方式。提升機絕大部分時間都處在電動狀態，節能十分顯著，經測算節能20%以上，取得了很好的經濟效益。另外，提升機變頻調速使系統運行的穩定性和安全性得到大大的提高，減少了運行故障和停工工時，節省了人力和物力，提高了運煤能力，間接的經濟效益也很可觀。

E. 關於礦井提升機

礦井提升機的電機有用同步機的，而且是低速直聯它勵式同步機，有的還選用雙繞組。功率范圍大概在1000KW-6800KW。電壓等級在690V-3300V之間。是大功率。