基于SIMADYN—D控制器的交—交變頻技術在礦井提升機上的應用

摘 要：在煤礦生產過程中，礦井提升機是十分重要的組成部分，作為一種重要的設備，礦井提升機控制系統的安全性以及可靠性對于礦井的安全生產會產生極為重要的作用。一直以來，交流提升機的電控系統還存在一定的滯后性，文章就礦井提升機電控系統的擴容問題進行分析，明確基于SIMADYN-D控制器、國產功率柜的矢量控制交-交變頻方案，了解SIMADYN-D控制器和國產功率部件之間的接口問題，同時實踐經驗表明，這種方案能夠使交-交變頻系統消耗的成本得以降低，促進提升機容量的提升，減少能耗。

關鍵詞：SIMADYN-D控制器；交-交變頻技術；礦井提升機

礦井安全設備中，提升機作為重要的組成部分，其運行的效果將對礦山的整體生產效率產生直接性的影響，也會關系到礦山生產的安全性。以前，我國是將繞線電動機轉子串電阻系統和晶閘管變流直流傳動系統作為礦井提升機的主要控制系統，繞線電動機轉子串電阻系統技術性不強，能源的消耗量大，晶閘管變流直流傳動系統雖然有著良好的性能，但是由于受到制作工藝的限制，功率也會受到一定的制約，需要小于3000kW。

1 SIMADYN-D控制器的交-交變頻系統分析

在長期的分析研究和實踐論證的指導下，文章方案中的變頻系統將國產化的技術作為其功率的主要部分，形成了以西門子SIMADYN-D控制器、國產功率柜為主要內容的矢量控制交-交變頻系統。

1.1 交-交變頻器的主回路

單相輸出的交-交變頻器的主回路是可逆性的，是一種三相橋式無環流反并聯的裝整流裝置。但是如果遇到幅值以及交流信號頻率可以變化的控制信號時，整流輸出電壓就可以變成幅值和頻率能夠發生變化的交流電壓，使變頻功能順利實現。通過電源交流電壓的換相，實現晶閘管的關閉與斷開。這種變頻器沒有直流環節，因此被稱為交-交直接變頻器。

三相輸出的交-交變頻器，其組成部分主要是三套單相輸出交-交變頻器，并且在輸出電壓上，彼此會相差120°。[1]主回路的接線方法有兩種，第一種是公共母線的方法，第二種是輸出Y聯結方式。

1.2 矢量控制交-交變頻系統的構成系統

礦井提升機中的矢量控制交-交變頻系統的構成部分主要分為以下內容，SIMADYN-D控制器、高壓開關出線柜、定子變壓器、定子功率柜、隔離切換開關、勵磁變壓器、勵磁功率柜、同步電動機等，如圖1所示。QF1、QF2、QF3是高壓開關出線柜，電源輸出為10kV，定子變壓器主要是T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中T1、T2、T3的聯接組別是Dd0、10kV/950V，T4、T5、T6的聯接組別是Dy5、10kV/950V。勵磁變壓器是T7。G1、G2、G3、G4、G5、G6是定子功率柜，勵磁功率柜是G7。Q1、Q2、Q3、Q4是隔離切換開關。雙繞組同步電動機是M。[2]

1.3 SIMADYN-D控制器和國產功率柜的接口分析

將國產功率柜與進口的控制器將結合，形成控制系統，實現控制系統的構成最為主要的問題就是二者之間的接口問題，系統有5個接口，分別是：進線電流檢測接口、直流電壓檢測接口、零電流信號檢測接口、接地保護接口和無功補償接口。

進線電流檢測接口是對功率柜的進線電流進線檢測，檢測的工具是電流互感器，進線電流檢測接口參與SIMADYN-D的電流閉環以及矢量控制。

直流電壓檢測接口是將萊姆塊作為功率柜出線電壓的檢測手段，對SIMADYN-D進行矢量控制，使得電壓能夠正常的輸出。

零電流信號檢測接口能夠使晶閘管的換流得到保證，提高其可靠性，對晶閘管兩端電壓進行檢測，并與脈沖信號相結合，從而了解其中是否存在電流，具有較高的精度，電路的復雜性比較強。

接地保護接口是主回路必須要有的功能，通過對地電阻進行檢測，實現其作用。

無功補償接口，電網無功會受到于交-交變頻系統的影響和沖擊，通常情況下，如果交-交變頻系統的功率比較大，就需要單獨設置一套措施，從而是電網的整體質量得到提升。

2 礦井提升機中應用交-交變頻系統

在2008年，西門子SIMADYN-D控制器、結合國產功率柜的矢量控制交-交變頻應用方案就開始在礦井提升機上得到了一定的應用，礦井提升機的主要系統以及參數內容如下。

（1）礦井提升機的主要參數

礦井提升機是JKM-4×4塔式多繩摩擦式提升機，[3]利用箕斗進行提升，其高度能夠達到530米以上，最大的提升速度在10.5m/s，最大加減速度是±0.75m/s2。

（2）電動機的主要參數

電動機的主要型號是TBP2800-20交-交變頻同步電動機，其額定功率為2800kW，電壓為1500V，電流是1152A，額定的轉動速度是50r/min，勵磁電壓的最大過載需要小于400V，兩個定子繞組之間的相位為差30°左右。

（3）礦井提升機的傳動系統

將西門子SIMADYN-D控制器與國產分體式功率裝置相結合，其變流器實三相無環流的，具有可逆性的晶閘管。

（4）操作系統

將西門子S7雙PLC雙線制作為主要控制，并且搭配網絡化的操作控制平臺，促進礦井提升機控制系統功能的順利實現。

（5）裝卸載系統

這種系統將Profibus作為總線結構，結合操作、傳動系統，能夠減少井筒布線量，使得安裝維護工作量得以減少，保證通信的安全，能夠避免井筒中電纜接觸問題出現故障。

有實踐表明，這種方案對于礦井提升機工作效率的提升是極為有利的，能夠減少能源的消耗，促進提升機技術水平的提升和進步。

3 結束語

這種西門子SIMADYN-D控制器與國產功率柜的矢量控制交-交變頻相結合的方案，能夠使交-交變頻系統的成本消耗減少，在運行過程中能夠更加安全、可靠，強化其控制水平，能夠得到國家的技術支持，應用前景也比較好。

參考文獻

[1]周雨松，孫曉娟.基于SIMADYN-D控制器的交-交變頻技術在礦井提升機上的應用[J].工礦自動化，2010，04：87-89.

[2]鄭文杰，葉志強.變頻調速技術在礦井提升機上的應用研究[J].技術與市場，2015，07：160，162.

[3]高樹倉.變頻調速技術在礦井提升機上的研究與應用[J].煤炭與化工，2014，07：45-47.