礦井提升機中高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的應用探討

張敏

【摘要】提升機是礦井的關(guān)鍵和重大安全設(shè)備之一，是礦井系統(tǒng)設(shè)備的咽喉。在整個生產(chǎn)過程中，占有非常重要的地位，設(shè)備的安全可靠運行就顯的特別重要。目前的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)存在著很多的不足，本文以某礦提升機系統(tǒng)為例，分析了該礦提升機系統(tǒng)存在的問題， 同時對其結(jié)構(gòu)和性能以及應用進行了分析，目的在于進一步優(yōu)化原有的系統(tǒng)，應用效果分析表明，新系統(tǒng)具有非常明顯的節(jié)能效果，實現(xiàn)了軟啟動和軟停止。

【關(guān)鍵詞】礦井提升機；高壓變頻；應用

本文研究的提升機驅(qū)動的時候以線繞式異步電動機為主，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)子串電阻實現(xiàn)調(diào)速，也就是常說的有級調(diào)速，這樣的調(diào)速方式具有以下特點：第一，低速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩小，但是需要的轉(zhuǎn)差功率大，啟動還有換擋的時候電流沖擊也比較大。第二，中速還有高速轉(zhuǎn)動時振動比較厲害，使得制動具有一定的安全隱患，性能不可靠，而且對再生能量不能很好解決。第三，過卷情況經(jīng)常發(fā)生，尤其在減速到停止的時候，極易出問題，故障率比較高，影響了運行效率。礦井生產(chǎn)是不停歇的，一天二十四小時都在運行，即便短時間內(nèi)就修好，也會給生產(chǎn)帶來很大的影響，所以，為進一步優(yōu)化提升機絞車電控系統(tǒng)，本文在其中引入了高壓變頻器，以改造該系統(tǒng)的功能。本文主要闡明了礦井提升機中高壓變頻調(diào)速器的應用，希望能夠為該技術(shù)的應用提供指導和借鑒。

一、高壓變頻調(diào)速器概況

（一）基本結(jié)構(gòu)

某礦使用的高壓變頻調(diào)速器為JDBP37型，它實現(xiàn)了全數(shù)字化，而且控制的時候是用彩色液晶觸摸屏，比較方便，IGBT是它的主要控制器件，其性能比較優(yōu)越。具體來說，其高壓輸出主要利用幾個低壓逆變器功率單元來完成，它們通過串聯(lián)模式進行連接。該礦使用的提升機之中配備了6kV變頻器，主要涉及到付邊繞組18組，各相主要有六個功率單元，共三相。

（二）功率單元結(jié)構(gòu)

每一個功率單元具有相同的結(jié)構(gòu)，所以能夠彼此替換，圖1為我們描述了主電路結(jié)構(gòu)。由此看出，整流橋是三相全橋式。整流結(jié)束以后，接著需要對濾波電容充電，然后將母線電壓測量出來，為順利完成單相逆變，需要通過正弦PWM來控制IGBT逆變橋。要是電機處于發(fā)電狀態(tài)，那么B里面的二極管不但有整流功能，而且還存在續(xù)流功能，最終完成能量網(wǎng)電容中的轉(zhuǎn)移，使母線電壓提高，提高到某個數(shù)值以后，這個時候A將會啟動，從而完成SPWM逆變，向移相變壓器的次極回歸，主要利用電感輸入來完成，接著進行能量回歸電網(wǎng)工作，上述過程利用變壓器完成。

（三）輸入側(cè)結(jié)構(gòu)

這部分主要利用移相變壓器供電給各單元，每個功率單元的電機電流保持一致，電壓都是相電壓的六分之一，功率都是輸出功率的1/18。每個單元都具備1套三相輸入繞組（獨立），同時彼此絕緣，變壓器二次繞組彼此間同樣滿足該條件。為實現(xiàn)多重化，明顯降低輸入電流中的諧波，二次繞組以延邊三角形連接模式進行相連。

（四）輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

這部分主要利用每一個單元的U、V輸出端子進行供電，在這里，每一個輸出端子使用星型接法（串接式）。每一個單元輸出端子完成對相應單元的PWM波形的重組，從而能夠得到階梯波形。該波形表現(xiàn)出十分明顯的優(yōu)點：變化速率小，正弦度好，因此能夠明顯減小電機與電纜產(chǎn)生的絕緣損壞，確保前者運行于額定電壓之下。不僅如此，還在很大程度上降低了由于電機諧波所產(chǎn)生的電耗，有效防止了機械振動現(xiàn)象，同時使得某些部位的機械應力明顯減小。例如在軸承和葉片等部位的機械應力就較小。

（五）控制器

具體來說，其包括高速DSP與工控PC機兩部分。其主要作用主要通過兩者協(xié)同運算來完成，該算法是針對某礦提升機系統(tǒng)所開發(fā)的，能夠確保電機工作的時候?qū)崿F(xiàn)最佳效果。后者中有監(jiān)控和操作界面等方面，其一能夠?qū)崿F(xiàn)良好的遠程監(jiān)控，其二還能夠進行網(wǎng)絡(luò)化操作。這一部分的作用是對柜體中的開關(guān)信號實施邏輯處理，并且也可以和現(xiàn)場中的不同信號進行協(xié)調(diào)，從而使該系統(tǒng)擁有非常不錯的靈活性。

二、技術(shù)性能

（一）在系統(tǒng)中引入高-高電壓源型變頻器，這樣就無需應用其它濾波器或變壓器，在一般高壓電動機中非常普及，同時對電纜和電機的絕緣沒有任何負面作用。

（二）輸入功率的因數(shù)相對較高，所以，電流諧波較小，這樣就無需對功率實施補償，并且無需抑制諧波。

（三）因單元電路為模塊化，因此，非常便于進行維護，同時其互換性相對較高。

（四）能夠提供相對較大的轉(zhuǎn)矩，通常情況下，在兩倍啟動轉(zhuǎn)矩以上。

三、控制性能

（一）直流制動

要是重車發(fā)生停車，PLC將接著測到停機信號，接著把該信號向控制器傳輸，利用后者使提升機減速平穩(wěn)并停止，要是PLC獲得機械振動信號，接著將把控制信號發(fā)給控制器，從而就消除了直流制動信號。在啟動以前，必須將直流制動信號發(fā)向提升機，當PLC收到該信號的時候，接著將發(fā)信號給控制器，受到啟動電壓的作用下最終完成啟動工作。

（二）完成控制運行速度

為使提升機工作的時候不會發(fā)生機械沖擊現(xiàn)象，需要確保其在開停環(huán)節(jié)的加速度連續(xù)，另外一方面，需要充分確保每一頻率都具備加減速速率。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)工作的時候，測量獲得各個頻率下的加減速速率，在此基礎(chǔ)上，繪制相應的表格，所以系統(tǒng)工作的時候還能夠利用該表格獲得每一頻率下的加減速速率，從而能夠充分確保設(shè)備運行平穩(wěn)，防止發(fā)生沖擊。

（三）可以實現(xiàn)自動限速保護

提升機快達到終點的時候，將減速信號利用限速開關(guān)傳出，將被PLC接到，接著把它傳輸?shù)娇刂破?，后者的減速程序?qū)⒆詣娱_啟，接著完成高低速運行的順利過渡。其中還配置了測速發(fā)電機，要是它發(fā)出超速信號，將會通過PLC接到，然后把它傳輸?shù)娇刂破鳎罱K完成其減速過程。

（四）再生能量處理

功率單元能夠?qū)υ偕芰窟M行妥善處理。當電機處于發(fā)電狀態(tài)之中，Vbus逐漸提高，要是母線電壓超過電網(wǎng)電壓的1.1倍，在這種情況下，那么CPU將輸出SPWM波形（六路），該工作主要按照比較器和相位檢測的結(jié)果來完成，而后A里面的IGBT將開始運行，受到輸入電感的作用，利用移相變壓器將再生能量回饋給電網(wǎng)。

四、應用效果

首先，優(yōu)化以后的變頻系統(tǒng)已經(jīng)摒棄了交流接觸器與調(diào)速電阻，在很大程度上增加了統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，為進行操作營設(shè)了合適的條件，另外使得噪音也有所下降，而且使得室內(nèi)溫度有所減小，為工作人員創(chuàng)造了一個較好的工作環(huán)境，便于他們安心工作。

其次，連續(xù)調(diào)速得以實現(xiàn)，而且不僅如此，還達到了平穩(wěn)調(diào)節(jié)的目的。低頻低壓條件下的軟停止與軟啟動作用有所提升，提升機平穩(wěn)運行狀況有所提高，有效防止了機械沖擊現(xiàn)象的發(fā)生。

再次，提升機在有載荷環(huán)境下，能夠順利實現(xiàn)低高速的平穩(wěn)轉(zhuǎn)變，最為關(guān)鍵的是，在這個過程中并未出現(xiàn)相對較大的電流，最終在很大程度上減小了對電網(wǎng)的沖擊。

（4）優(yōu)化以后的變頻系統(tǒng)耗電量相當?shù)停瑢崿F(xiàn)了良好的節(jié)能效果。

五、結(jié)束語

綜上所述，礦井中礦山提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)逐漸普及，得到了很多礦井的實踐和認可，而且其體現(xiàn)出一系列的優(yōu)點：比如便于進行操作，具有可靠穩(wěn)定的性能，后期維護成本相對較低，節(jié)能效果十分顯著等特點。相信隨著礦井提升機進一步的完善，變頻調(diào)速技術(shù)也會日趨成熟且得到更廣泛的發(fā)展和應用。

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