高压变频器在建井提升机中的应用与分析

李小柱

摘 要：目前，我公司使用的提升机调速方式大部分为电机转子绕组串电阻调速，本篇文章从变频器和变频调速这两个原理出发，论述了矿井提升机高压变频控制优势，分析了高压变频器在矿井提升机中的应用和技术特点。

关键词：高压变频器；矿井提升机；矿井建设

根据国家安全监管总局要求，大型新建矿井禁止使用串电阻调速提升机电控装置，建议更换为四象限变频调速提升机电控装置。节能高压变频技术和能量反馈技术是一种提升机，运行稳定的技术，保证了矿井提升系统的安全，比转子串电阻调速节省了大量能源，这一技术需要企业深入探讨和分析。

1 变频器及变频调速的工作原理

变频器是根据功率半导体器件的开关功能来改变电源频率到其他频率的能量控制装置。我们如今采用的变频器通常使用的是“交叉”和“单向”的办法。首先，将工频交流电源由整流器变换成可由频率和电压控制的交流电源，然后在供给电动机使用。电动主要由以下四部分变频器类整流器、中间直流环节、逆变器及控制器组成。电机转速公式

n=60fp

（n：电机转速；f：工频；p：电机极数）改变电源频率的这个措施，可以从而控制调节电机的转动速度，实现调整速度的目的。变频器能让普通异步电动机达到调速。另外，本变频器具有起动电流小和保护电机安静等优点。变频器具有电源范围宽、相序要求低、节能功能明显等优点。

2 变频调速基本存在因素

2.1 变频调速系统的控制要素

煤矿提升机变频调速控制主要是如何提高电动机的正反转转速和电压的大小。这些全部都能采用非接触控制通过可编程逻辑控制器来实现。变频调速的电控能采用变频器良好的控制功能，以及专用逆变器，实现闭环控制，速度为零，百分之百的扭矩输出和预励磁功能。

2.2 零速全转矩功能

在一种状态下，变频速度为零，电机有充足的运转效率，不需要速度反馈装置就能保持电扭矩。此功能可使提升容器的升、降速度为0，靠电磁力使提升容器保持静止状态，这种状态持续到电磁制动器，将电机轴拉住的时候，确保滑钩现象不存在。

2.3 预励磁功能

变频器在暂停和起动前可以全自动化的进行直流预激。电动机有足够大的扭矩使提升容器保持停止的状态，确保电磁制动器运行时不发生滑钩现象。

3 提升机采用变频调速的优点

3.1 变频调速控制系统的保护功能

变频调速系统具有体积小、工作效率高、性能好、稳定性强、操作方便等特点，优于以往任何调速方式。电机可以实现软起动，而电机具有较快的动态响应和无级调速。此外，对电机的部分参数进行完善，对电源欠压、过压等不正常的现象进行有效合理确的检验，并及时作出相应解决方案保护电机。这对提升机有重要的影响意义。

3.2 工作性能提高

矿井提升机采用变频调速后，可很大程度的延长制动器闸板的使用周期，基本上是电磁制动完毕后才开始机械制动、制动器闸板磨损大大改善。由于减速时不需要闸板频繁参与，闸板磨损较小，大大降低了更换闸板和调整闸间隙的次数，提高了提升机制动系统的可靠性。高压变频控制系统有效降低了故障率，速度控制安全平稳，基本实现了自动化控制，通过PLC控制改变输出电源的频率和电压，可实现自动加减速等操作。

3.3 节能效果提高

转子串电阻调速的提升机在启动和减速时需要串入电阻，外部电阻会产生很多热量，不节能。使用变频调速系统之后，不仅可以节省外部电能，而且还可以利用提升机发电制动所释放的电能回馈给电网，可大幅度节约用电。

4 四象限变高压变频能量回馈技术的应用

4.1 四象限变频器

对于变频器，我们假设电机的象限是逆变器的象限，横轴是转矩。纵轴是速度，形成四象限坐标系。

逆变器或能量回馈逆变器。当电机转矩与负载相同时，电源经变频器接入电机，在这种情况下，逆变器属于功率输出状态，处于第一象限和第三象限。假设电机转矩和转向不一致，控制整流器对逆变器第二象限和第四象限电网侧的能量回馈。该装置可驱动电机输出制动力矩，实现短时间调速。负载的动能也可以转换成电能达到节省能源的效果。

4.2 能量回馈的原理

基本的网侧电压源变频器能量回馈逆变电源传输和并网逆变器的控制，反应器的功能是提供電网与逆变器侧电流限流网络；交流侧滤波器吸收线的谐波电流，防止复杂网络。网络结构简化，网络侧逆变器相当于可控电压源，电网和滤波器等效于理想电压源。电网电压角和频率设置为o，有效值e，相位为0。网络侧逆变器输出电压的有效电压为u，相位为E，电感为1。

这表明逆变器与电网之间的有功功率和无功功率交换可以通过调节电网侧和变频器U相输出电压幅度的调整：当U是滞后的，o0。，P =“O”，变频器吸收电网的有功功率权力；在E，0，P0，逆变回馈到电网，这是在力反馈状态的正向力：当ucosee，逆变器发出无功无功功率电网；当ucos 0 = E，功率因数逆变侧1。电网反馈有功功率。控制逆变器在电网侧的输出电压，控制逆变器的有功功率和无功功率达到能量反馈。并通过有功功率和无功矢量图的构造，可以从全方面进行计算。在实际控制中，通过控制功率交换，将能量反馈到电网，从而节省能源。

5 技术改造

考虑到设备投入的成本，可以对原转子串电阻控制系统进行改造，理论上原电控高压开关柜、操作台和控制柜可以继续保留使用，老式高压开关柜和可视化程度不高的操作台不建议保留，可根据每台提升机电控的实际情况，制定合适的方案。高压变频电控目前有6kV和10kV两种电压等级，可根据需求进行选择，由于大多数矿井变电所提供的电压等级为10kV，提升机电机电压主要是6kV，考虑到高压变频电控的通用性，要求电控变压器的一次侧具有六个抽头，通过改变一次侧绕组的星三角接法，实现高压变频电控电源侧6kV和10kV通用，高压变频电控只需接入10kV电源就可以投入使用。

6 结语

在高压变频技术中，能量回馈技术的有效应用可以提高保护作用，变频调速系统可显著提高可靠性，节约能源，提高质量控制水平。所以，目前我们可以对旧矿井提升机进行改造，提高工作效率，节约能源，提高安全系数。

参考文献：

[1]李光.高压变频器在矿山提升机电控系统中的应用之探讨[J].山东工业技术，2017（3）：112.