矿井提升机中高压变频调速系统的应用探讨

张敏

【摘要】提升机是矿井的关键和重大安全设备之一，是矿井系统设备的咽喉。在整个生产过程中，占有非常重要的地位，设备的安全可靠运行就显的特别重要。目前的高压变频调速系统存在着很多的不足，本文以某矿提升机系统为例，分析了该矿提升机系统存在的问题， 同时对其结构和性能以及应用进行了分析，目的在于进一步优化原有的系统，应用效果分析表明，新系统具有非常明显的节能效果，实现了软启动和软停止。

【关键词】矿井提升机；高压变频；应用

本文研究的提升机驱动的时候以线绕式异步电动机为主，然后经过转子串电阻实现调速，也就是常说的有级调速，这样的调速方式具有以下特点：第一，低速转动转矩小，但是需要的转差功率大，启动还有换挡的时候电流冲击也比较大。第二，中速还有高速转动时振动比较厉害，使得制动具有一定的安全隐患，性能不可靠，而且对再生能量不能很好解决。第三，过卷情况经常发生，尤其在减速到停止的时候，极易出问题，故障率比较高，影响了运行效率。矿井生产是不停歇的，一天二十四小时都在运行，即便短时间内就修好，也会给生产带来很大的影响，所以，为进一步优化提升机绞车电控系统，本文在其中引入了高压变频器，以改造该系统的功能。本文主要阐明了矿井提升机中高压变频调速器的应用，希望能够为该技术的应用提供指导和借鉴。

一、高压变频调速器概况

（一）基本结构

某矿使用的高压变频调速器为JDBP37型，它实现了全数字化，而且控制的时候是用彩色液晶触摸屏，比较方便，IGBT是它的主要控制器件，其性能比较优越。具体来说，其高压输出主要利用几个低压逆变器功率单元来完成，它们通过串联模式进行连接。该矿使用的提升机之中配备了6kV变频器，主要涉及到付边绕组18组，各相主要有六个功率单元，共三相。

（二）功率单元结构

每一个功率单元具有相同的结构，所以能够彼此替换，图1为我们描述了主电路结构。由此看出，整流桥是三相全桥式。整流结束以后，接着需要对滤波电容充电，然后将母线电压测量出来，为顺利完成单相逆变，需要通过正弦PWM来控制IGBT逆变桥。要是电机处于发电状态，那么B里面的二极管不但有整流功能，而且还存在续流功能，最终完成能量网电容中的转移，使母线电压提高，提高到某个数值以后，这个时候A将会启动，从而完成SPWM逆变，向移相变压器的次极回归，主要利用电感输入来完成，接着进行能量回归电网工作，上述过程利用变压器完成。

（三）输入侧结构

这部分主要利用移相变压器供电给各单元，每个功率单元的电机电流保持一致，电压都是相电压的六分之一，功率都是输出功率的1/18。每个单元都具备1套三相输入绕组（独立），同时彼此绝缘，变压器二次绕组彼此间同样满足该条件。为实现多重化，明显降低输入电流中的谐波，二次绕组以延边三角形连接模式进行相连。

（四）输出侧结构

这部分主要利用每一个单元的U、V输出端子进行供电，在这里，每一个输出端子使用星型接法（串接式）。每一个单元输出端子完成对相应单元的PWM波形的重组，从而能够得到阶梯波形。该波形表现出十分明显的优点：变化速率小，正弦度好，因此能够明显减小电机与电缆产生的绝缘损坏，确保前者运行于额定电压之下。不仅如此，还在很大程度上降低了由于电机谐波所产生的电耗，有效防止了机械振动现象，同时使得某些部位的机械应力明显减小。例如在轴承和叶片等部位的机械应力就较小。

（五）控制器

具体来说，其包括高速DSP与工控PC机两部分。其主要作用主要通过两者协同运算來完成，该算法是针对某矿提升机系统所开发的，能够确保电机工作的时候实现最佳效果。后者中有监控和操作界面等方面，其一能够实现良好的远程监控，其二还能够进行网络化操作。这一部分的作用是对柜体中的开关信号实施逻辑处理，并且也可以和现场中的不同信号进行协调，从而使该系统拥有非常不错的灵活性。

二、技术性能

（一）在系统中引入高-高电压源型变频器，这样就无需应用其它滤波器或变压器，在一般高压电动机中非常普及，同时对电缆和电机的绝缘没有任何负面作用。

（二）输入功率的因数相对较高，所以，电流谐波较小，这样就无需对功率实施补偿，并且无需抑制谐波。

（三）因单元电路为模块化，因此，非常便于进行维护，同时其互换性相对较高。

（四）能够提供相对较大的转矩，通常情况下，在两倍启动转矩以上。

三、控制性能

（一）直流制动

要是重车发生停车，PLC将接着测到停机信号，接着把该信号向控制器传输，利用后者使提升机减速平稳并停止，要是PLC获得机械振动信号，接着将把控制信号发给控制器，从而就消除了直流制动信号。在启动以前，必须将直流制动信号发向提升机，当PLC收到该信号的时候，接着将发信号给控制器，受到启动电压的作用下最终完成启动工作。

（二）完成控制运行速度

为使提升机工作的时候不会发生机械冲击现象，需要确保其在开停环节的加速度连续，另外一方面，需要充分确保每一频率都具备加减速速率。高压变频调速系统工作的时候，测量获得各个频率下的加减速速率，在此基础上，绘制相应的表格，所以系统工作的时候还能够利用该表格获得每一频率下的加减速速率，从而能够充分确保设备运行平稳，防止发生冲击。

（三）可以实现自动限速保护

提升机快达到终点的时候，将减速信号利用限速开关传出，将被PLC接到，接着把它传输到控制器，后者的减速程序将自动开启，接着完成高低速运行的顺利过渡。其中还配置了测速发电机，要是它发出超速信号，将会通过PLC接到，然后把它传输到控制器，最终完成其减速过程。

（四）再生能量处理

功率单元能够对再生能量进行妥善处理。当电机处于发电状态之中，Vbus逐渐提高，要是母线电压超过电网电压的1.1倍，在这种情况下，那么CPU将输出SPWM波形（六路），该工作主要按照比较器和相位检测的结果来完成，而后A里面的IGBT将开始运行，受到输入电感的作用，利用移相变压器将再生能量回馈给电网。

四、应用效果

首先，优化以后的变频系统已经摒弃了交流接触器与调速电阻，在很大程度上增加了统的可靠性与稳定性，为进行操作营设了合适的条件，另外使得噪音也有所下降，而且使得室内温度有所减小，为工作人员创造了一个较好的工作环境，便于他们安心工作。

其次，连续调速得以实现，而且不仅如此，还达到了平稳调节的目的。低频低压条件下的软停止与软启动作用有所提升，提升机平稳运行状况有所提高，有效防止了机械冲击现象的发生。

再次，提升机在有载荷环境下，能够顺利实现低高速的平稳转变，最为关键的是，在这个过程中并未出现相对较大的电流，最终在很大程度上减小了对电网的冲击。

（4）优化以后的变频系统耗电量相当低，实现了良好的节能效果。

五、结束语

综上所述，矿井中矿山提升机变频调速系统逐渐普及，得到了很多矿井的实践和认可，而且其体现出一系列的优点：比如便于进行操作，具有可靠稳定的性能，后期维护成本相对较低，节能效果十分显著等特点。相信随着矿井提升机进一步的完善，变频调速技术也会日趋成熟且得到更广泛的发展和应用。

参考文献：

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