礦井提升機變頻調(diào)速技術(shù)研究

馮 權(quán)

（同煤集團四老溝礦綜合管理區(qū)， 山西 大同 037003）

引言

目前，國內(nèi)的大部分礦山在開采的過程中都會使用礦井提升機變頻調(diào)速控制，而且對它的計算方法也有很多。雖然它可以保證作業(yè)現(xiàn)場的空氣質(zhì)量，不會影響到工作人員的身心健康，但運行效率較低，耗能比較嚴重，易造成極大的生產(chǎn)浪費?；诖?，對礦井提升機變頻調(diào)速控制的使用技術(shù)進行研究與剖析，有著一定的理論及實際意義。

1 礦井提升機變頻調(diào)速的原理及難點

1.1 調(diào)速原理

礦井提升機所使用變頻調(diào)速設(shè)備的關(guān)鍵部件便是交-交變頻器，它的構(gòu)成部分主要是36只反并聯(lián)的晶閘管。而它實際上是通過對晶閘管觸發(fā)角的控制，并按照正弦規(guī)律對觸發(fā)角進行調(diào)制來實現(xiàn)的，繼而使輸出的幅值與頻率能夠任意調(diào)換交流正弦的電壓，從而達到對礦井提升機變頻調(diào)速的驅(qū)動。所以礦井提升機交-交變頻調(diào)速原理實質(zhì)上是指交-交變頻器的運行原理[1]。

通過有效地控制對晶閘管的開通與切斷，從而對脈沖觸發(fā)角進行調(diào)節(jié)與控制，并對該變頻器的輸出電壓與頻率進行控制，通常采取的方式方法是余弦交截法。通過余弦交截法持續(xù)不斷地變化晶閘管的脈沖觸發(fā)角，進而對變頻器的輸出電壓及頻率進行綜合調(diào)節(jié)與控制，繼而對該系統(tǒng)進行變頻調(diào)速。所以，該系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵與余弦交截法算法的正確與否，有著直接的關(guān)聯(lián)[2]。

1.2 難點技術(shù)

若直接按照上述中的余弦交截法能夠?qū)崿F(xiàn)對晶閘管觸發(fā)角的控制需求，但應(yīng)該事先計算出相關(guān)的反三角方程，既費時又費力，而且它的實時性極差。而應(yīng)用余弦交截法進行離線計算，是應(yīng)用求解直線方程類似等價求解的三角方程。但該種計算方式的難點是不能在線實時求解觸發(fā)時機，無法任意變化變頻器的輸出頻率，便不能夠完成在線連續(xù)變頻的操作。

2 礦井提升機變頻調(diào)速控制策略

為了完善離線計算方法，完成在線實時不斷變頻的，改良及優(yōu)化系統(tǒng)的各方面性能，在進行離線計算的要求上，給出了余弦交截法的在線計算方式，進而完成了求取觸發(fā)時刻的過程，依據(jù)換流角和轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)聯(lián)，對該類設(shè)備的換流角度，進行全方位的確定，最終依據(jù)頻率的切換效應(yīng)，在每一周期的固定點處，完成對頻率的切換工作，從而取得變頻器輸出頻率的無級差在線不斷變化的效果。這種算法可以確保輸出電壓的對稱性和仿真試驗的可觀測性，將非常小的頻率級差設(shè)定為0.5 Hz，在一定階段內(nèi)，按照統(tǒng)計規(guī)律可以認為輸出頻率是持續(xù)變化[3]。通過聯(lián)立參考波和同步波方程組，可以在計算出半個周期內(nèi)一系列觸發(fā)點的幅值，若要求實時調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓頻率，則只能在后半個周期內(nèi)調(diào)節(jié)參考波的幅值和頻率，再次求解一系列交點的幅值。

變頻器輸出頻率采用固定點切換，在接到要求進行頻率切換的指令后，并不立刻進行變頻，仍以原來方式運行，直到達到規(guī)定的切換點才進行變頻，這就需要確定電流滯后電壓過零點的一個固定角度，該角度就是各個頻率下提升機電機的換流角度。固定點切換具有很好的控制平滑性，而且此方式切換震蕩較小，切換瞬間電流變化不大，輸出波形的對稱度和正弦度比較好。

3 仿真及試驗的結(jié)果

通過MATLAB/Simulink，對提升機調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型進行全面的構(gòu)建工作，并選擇使用型號為西門子1LA113－4AA的提升機，它的額定電壓為400 V，頻率為 50 Hz，額定的轉(zhuǎn)速是 1 440 r/min，漏感為0.02 H，定子每相電阻的數(shù)值是5.25 Ω，折算之后的轉(zhuǎn)子，每一相電阻的數(shù)值均為3.21 Ω，漏感為0.020 H。使用MATLAB中的S函數(shù)對余弦交截法進行改良與程序編譯，進而得出如圖1所示的仿真結(jié)果。從結(jié)果中能夠發(fā)現(xiàn)，依據(jù)該種變頻控制算法，提升機電機轉(zhuǎn)速達成了不間斷的隨意變換，而且轉(zhuǎn)動速度變化準確平滑，仿真的成果和算法的理論相符合。

仿真試驗結(jié)果表明，仿真的波形、實驗的波形等都與算法分析相適應(yīng)，在線持續(xù)變頻控制算法下的該系統(tǒng)，具有良好的系統(tǒng)性能，該類算法能夠基本上符合有關(guān)控制要求。

4 結(jié)語

在確保工作效率有所提升的前提下，一方面選擇使用在線連續(xù)變頻控制算法，以更好地實現(xiàn)變頻提升機調(diào)速系統(tǒng)在線連續(xù)變頻的控制效果。另一方面選擇合適型號的變頻調(diào)速裝置，使變頻器可以針對礦井的具體環(huán)境，對提升機的運行功率進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，從而降低能源消耗。

圖1 9.5～10 Hz互相切換的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波形