摘要 矿井是由主轴、卷筒、减速器、制动装置及深度指示器等所组成。它是矿井投资大、构造复杂的设备之一，是联系地面与井下的主要生产设备。它的用途是：把井下有用的矿物（煤、矿石）和矸石提升到地面；把地下开采所需要的材料，由地面下放到井下；在地面和井底之间升降人员、设备等。矿井提升机在煤矿中应用的范围越来越广泛，它的运行的经济性也关系着矿井的经济效益。如何减少提升机的耗电量也是煤矿技术人员关注的课题，而采用变频调速技术就能解决矿井提升机耗电量大的问题，为矿井节约资金，提高矿井的经济效益和社会效益。本文重点探讨变频调速技术在提升机中的应用。
关键词 变频调速技术；煤矿；提升机
中图分类号TD534 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）80-0140-02
0 引言
提升机是煤矿企业井下应用最广泛的设备之一，在整个提升运输过程中发挥着重要的作用。同时它也是煤矿耗电量较大的设备之一，而应用变频技术于煤矿提升机中，不仅能减少耗电量，节约电能，而且操作方便，运行平稳能满足当下矿井运输的安全性、可靠性要求，并降低了煤矿企业的成本，因此说变频技术应用于矿井提升机有着重要的现实意义。
1 提升机的分类
1.1 按用途分
1）主井提升机。主井提升机的任务是专门提升井下生产的煤炭。年产30万吨以上的矿井，主井提升容器多采用箕斗；年产30万吨以下的矿井，一般采用罐笼或串车；2）副井提升机。副井提升机的任务是提升矸石、废料、下方材料，升降人员和设备等。副井提升容器采用普通罐笼和串车。
1.2 按提升机类型分
1）单绳缠绕式提升机。单绳缠绕式提升机是目前大部分为等直径圆柱型滚筒，在个别的老矿井，还有使用变直径滚筒提升机；2）多绳摩擦式提升机。多绳摩擦式提升机可分为塔式和落地式。
1.3 按拖动方式分
按提升机电力拖动方式分为交流拖动提升机和直流拖动提升机。
1.4 按井筒的倾角分
提升机按井筒倾角分为立井提升机和斜井提升机。立井提升时，提升容器采用箕斗或罐笼等。斜井提升时，提升容器一般采用矿车（串车）或斜井箕斗。串车提升适用于井筒倾角不大于25°；斜井箕斗提升适用于井筒倾角在25°～35°范围内。近年来大型斜井提升多采用胶带输送机。目前，从国内、外矿井提升机的发展来看，都在采用最新的技术，最新的工艺，最新的材质，使提升设备向大型化、高效率、体积小，重量轻，能力大，安全可靠，运行准确和高度集中化、自动化方向发展。
2 变频调速技术
变频调速技术就是完成变频调速系统调速传动任务的技术。它的主要内容包括了变频器的结构和工作原理、所用的功率器件、电动机运行的特性、调速系统所驱动的各类工作机械（即负载的特性和要求）。为了达到传动的转速转矩要求、保证静、动态性能稳定，还要应用各种控制技术。此外，消除变频器对外干扰和变频器实际应用的经验也是变频调速技术研究的范畴。总之，变频调速技术是电力电子技术、电气传动自动化、控制理论、计算机等多门学科的综合，也是一门重要的学科分支。因变频调速具有优点全面、适用面广等特点，所以说变频调速技术将是称为调速领域中的主要技术，并有统一调速领域之势。
3 变频调速的发展过程
3.1 变频器采用的电力电子器件
电力电子器件是决定变频器性能的关键，早期是晶闸管，由于它是半控器件，需要换相回路，后来被全控器件所取代。早期是晶闸管（SCR），被今天的全控器件所取代。今天的全控型器件，不仅可以自行开关，而且还可以提高功率；并能完善和提高变频器的各种功能。
3.2 线路结构
整个变频装置是由元器件和线路连接而成的，1990年以前，线路基本上是由模拟电路分立元器件组成的，只有少量数字电路和集成块。以后由大规模集成的数字电路逐渐增多，20世纪末就全面数字化；整流器、逆变器、SPWM波形形成、矢量控制等，都集成为一块，甚至集成为一体，因此装置体积越来越小，可靠性大大提高。
3.3 计算机的使用
20世纪90年代以后，计算机进入了变频器的结构和运行领域，提供多种功能：1）取代一部分模块的功能，如SPWM波形的生成，矢量控制的实时计算等；2）实现各种保护并且智能化，如自监控、自诊断；3）进行运行控制，如开机停机、加减速、正反转、制动等。总之，计算机配合模块及其他电气设备，进行协调、控制、通信、执行变频调速系统各项功能，成为系统的神经枢纽，目前正向网络化发展。
3.4 变频器主电路拓扑结构
应用最广的是交-直-交变频器的主电路拓扑结构是逆变器为六拍三相桥，一直保持了多年，20世纪90年代以后开发成功多电平电路如功率单元串联电路，改进了性能，扩大了适用面，如制作高压变频器及特大功率变频器。整流器原来是单一的半控和不控整流，90年代后发展为双SPWM和SVPWM，不仅便于作四象限运行，还能改善网侧的波形和功率因数。
目前国外很多公司生产矿井提升机用的变频器，都采用了数字控制。如德国Ensdorf矿井提升机为双交-交变频器供电系统，由高速可编程序控制器执行数字控制和欧洲ABB公司技术，当时都是十分先进的技术，今天也被IGBT变频器供电取代。
4 变频调速技术在提升机中的应用
变频调速技术应用于矿井提升机中能应付井下不同的电网。矿井提升机利用全新双CPU冗余控制实现平台控制，这样就能使控制性能有大幅度提高，从而来实现恒转矩的提升功能，并不因电网波动而影响负载的提升。变频调速技术应用于矿井提升机中能加大提升机的负载能力，使启动力矩增大，从而实现了电机的软启动。
4.1 直流制动作用
当矿井很深，惯性滑行的减速度太小，使减速阶段的时间太长，降低生产率时，需要采用直流制动方式减速。提升机中停止工作时，应用变频调速技术能可靠地闸住提升机，正常停车。在减速阶段下放重物时，变频器能平滑地从高速降到低速，参与提升机的控制，利用机械抱闸作用使重物停止在中间位置。当发生紧急事故时，能迅速而合乎要求低闸住提升机，使重物不发生下滑，避免了“溜勾”现象。 4.2 S形速递曲线
矿井提升机过程必须要求平稳、安全、可靠，在副井提人时还应保持矿井上下人员的舒适感。梯形速度图是我国提升机运行中广泛采用的一种速度图。变频调速技术应用于矿井提升机中，就能使提升机连续、平滑的运行，就能形成S型速度给定曲线。并且通过修改有关提升控制参数，无论是加速启动段，还是减速制动段，都能够实现较为复杂的控制措施。采用变频调速技术，不仅使提升机控制系统可靠的工作，而且基本不用维护。
4.3 节约资源
由于变频器具有平滑调速、软启动、节能效果显著等优点，变频器应用于矿井提升机中发挥了重要的作用：1）输出功率连续调节，实现了动机无级调速；2）提升机动力制动采用硅或可控硅整流电源装置。采用该装置的动力制动与采用机械或电动机-发电机组制动的方式相比，前者具有既能节电，又能使提升机制动准确可靠、跟随性能好的优点；3）提升机采用低频发电机组实现箕斗提升自动化，缩短了提升周期，提高了提升能力，达到节约用电的目的；4）稳压性能好。提升机在额定功率下运行，变频器保证了电动机在额定电压下运行，避免了因电压高（低）对电机所造成的危害。
5 结论
实践证明，矿井提升机应用变频调速技术彻底避免了绕线式异步电动机起动、制动速度无法准确控制的特点，可靠性大大提高。随着电子元器件性能不断飞速发展，变频调速技术毕竟更广泛应用于矿井提升机上，为煤矿企业的发展节能大量人力、物力，为矿井创造客观的经济效益。变频调速技术作为矿井发展的基础技术和节能技术，已经广泛到应用于煤矿生产过程中，并且随着科学技术的迅速发展应用范围将更加广泛，发展前景将更加光明。
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