張敏

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

【關鍵詞】礦井提升機；高壓變頻；應用

本文研究的提升機驅動的時候以線繞式異步電動機為主，然后經過轉子串電阻實現調速，也就是常說的有級調速，這樣的調速方式具有以下特點：第一，低速轉動轉矩小，但是需要的轉差功率大，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，過卷情況經常發生，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。礦井生產是不停歇的，一天二十四小時都在運行，即便短時間內就修好，也會給生產帶來很大的影響，所以，為進一步優化提升機絞車電控系統，本文在其中引入了高壓變頻器，以改造該系統的功能。本文主要闡明了礦井提升機中高壓變頻調速器的應用，希望能夠為該技術的應用提供指導和借鑒。

一、高壓變頻調速器概況

（一）基本結構

某礦使用的高壓變頻調速器為JDBP37型，它實現了全數字化，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）功率單元結構

每一個功率單元具有相同的結構，所以能夠彼此替換，圖1為我們描述了主電路結構。由此看出，整流橋是三相全橋式。整流結束以后，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。要是電機處于發電狀態，那么B里面的二極管不但有整流功能，而且還存在續流功能，最終完成能量網電容中的轉移，使母線電壓提高，提高到某個數值以后，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工作，上述過程利用變壓器完成。

（三）輸入側結構

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）輸出側結構

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。該波形表現出十分明顯的優點：變化速率小，正弦度好，因此能夠明顯減小電機與電纜產生的絕緣損壞，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生的電耗，有效防止了機械振動現象，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同運算來完成，該算法是針對某礦提升機系統所開發的，能夠確保電機工作的時候實現最佳效果。后者中有監控和操作界面等方面，其一能夠實現良好的遠程監控，其二還能夠進行網絡化操作。這一部分的作用是對柜體中的開關信號實施邏輯處理，并且也可以和現場中的不同信號進行協調，從而使該系統擁有非常不錯的靈活性。

二、技術性能

（一）在系統中引入高-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矩，通常情況下，在兩倍啟動轉矩以上。

三、控制性能

（一）直流制動

要是重車發生停車，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并停止，要是PLC獲得機械振動信號，接著將把控制信號發給控制器，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向提升機，當PLC收到該信號的時候，接著將發信號給控制器，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生機械沖擊現象，需要確保其在開停環節的加速度連續，另外一方面，需要充分確保每一頻率都具備加減速速率。高壓變頻調速系統工作的時候，測量獲得各個頻率下的加減速速率，在此基礎上，繪制相應的表格，所以系統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備運行平穩，防止發生沖擊。

（三）可以實現自動限速保護

提升機快達到終點的時候，將減速信號利用限速開關傳出，將被PLC接到，接著把它傳輸到控制器，后者的減速程序將自動開啟，接著完成高低速運行的順利過渡。其中還配置了測速發電機，要是它發出超速信號，將會通過PLC接到，然后把它傳輸到控制器，最終完成其減速過程。

（四）再生能量處理

功率單元能夠對再生能量進行妥善處理。當電機處于發電狀態之中，Vbus逐漸提高，要是母線電壓超過電網電壓的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。

四、應用效果

首先，優化以后的變頻系統已經摒棄了交流接觸器與調速電阻，在很大程度上增加了統的可靠性與穩定性，為進行操作營設了合適的條件，另外使得噪音也有所下降，而且使得室內溫度有所減小，為工作人員創造了一個較好的工作環境，便于他們安心工作。

其次，連續調速得以實現，而且不僅如此，還達到了平穩調節的目的。低頻低壓條件下的軟停止與軟啟動作用有所提升，提升機平穩運行狀況有所提高，有效防止了機械沖擊現象的發生。

再次，提升機在有載荷環境下，能夠順利實現低高速的平穩轉變，最為關鍵的是，在這個過程中并未出現相對較大的電流，最終在很大程度上減小了對電網的沖擊。

（4）優化以后的變頻系統耗電量相當低，實現了良好的節能效果。

五、結束語

綜上所述，礦井中礦山提升機變頻調速系統逐漸普及，得到了很多礦井的實踐和認可，而且其體現出一系列的優點：比如便于進行操作，具有可靠穩定的性能，后期維護成本相對較低，節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，變頻調速技術也會日趨成熟且得到更廣泛的發展和應用。

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