高壓變頻器在建井提升機中的應用與分析

李小柱

摘 要：目前，我公司使用的提升機調速方式大部分為電機轉子繞組串電阻調速，本篇文章從變頻器和變頻調速這兩個原理出發，論述了礦井提升機高壓變頻控制優勢，分析了高壓變頻器在礦井提升機中的應用和技術特點。

關鍵詞：高壓變頻器；礦井提升機；礦井建設

根據國家安全監管總局要求，大型新建礦井禁止使用串電阻調速提升機電控裝置，建議更換為四象限變頻調速提升機電控裝置。節能高壓變頻技術和能量反饋技術是一種提升機，運行穩定的技術，保證了礦井提升系統的安全，比轉子串電阻調速節省了大量能源，這一技術需要企業深入探討和分析。

1 變頻器及變頻調速的工作原理

變頻器是根據功率半導體器件的開關功能來改變電源頻率到其他頻率的能量控制裝置。我們如今采用的變頻器通常使用的是“交叉”和“單向”的辦法。首先，將工頻交流電源由整流器變換成可由頻率和電壓控制的交流電源，然后在供給電動機使用。電動主要由以下四部分變頻器類整流器、中間直流環節、逆變器及控制器組成。電機轉速公式

n=60fp

（n：電機轉速；f：工頻；p：電機極數）改變電源頻率的這個措施，可以從而控制調節電機的轉動速度，實現調整速度的目的。變頻器能讓普通異步電動機達到調速。另外，本變頻器具有起動電流小和保護電機安靜等優點。變頻器具有電源范圍寬、相序要求低、節能功能明顯等優點。

2 變頻調速基本存在因素

2.1 變頻調速系統的控制要素

煤礦提升機變頻調速控制主要是如何提高電動機的正反轉轉速和電壓的大小。這些全部都能采用非接觸控制通過可編程邏輯控制器來實現。變頻調速的電控能采用變頻器良好的控制功能，以及專用逆變器，實現閉環控制，速度為零，百分之百的扭矩輸出和預勵磁功能。

2.2 零速全轉矩功能

在一種狀態下，變頻速度為零，電機有充足的運轉效率，不需要速度反饋裝置就能保持電扭矩。此功能可使提升容器的升、降速度為0，靠電磁力使提升容器保持靜止狀態，這種狀態持續到電磁制動器，將電機軸拉住的時候，確保滑鉤現象不存在。

2.3 預勵磁功能

變頻器在暫停和起動前可以全自動化的進行直流預激。電動機有足夠大的扭矩使提升容器保持停止的狀態，確保電磁制動器運行時不發生滑鉤現象。

3 提升機采用變頻調速的優點

3.1 變頻調速控制系統的保護功能

變頻調速系統具有體積小、工作效率高、性能好、穩定性強、操作方便等特點，優于以往任何調速方式。電機可以實現軟起動，而電機具有較快的動態響應和無級調速。此外，對電機的部分參數進行完善，對電源欠壓、過壓等不正常的現象進行有效合理確的檢驗，并及時作出相應解決方案保護電機。這對提升機有重要的影響意義。

3.2 工作性能提高

礦井提升機采用變頻調速后，可很大程度的延長制動器閘板的使用周期，基本上是電磁制動完畢后才開始機械制動、制動器閘板磨損大大改善。由于減速時不需要閘板頻繁參與，閘板磨損較小，大大降低了更換閘板和調整閘間隙的次數，提高了提升機制動系統的可靠性。高壓變頻控制系統有效降低了故障率，速度控制安全平穩，基本實現了自動化控制，通過PLC控制改變輸出電源的頻率和電壓，可實現自動加減速等操作。

3.3 節能效果提高

轉子串電阻調速的提升機在啟動和減速時需要串入電阻，外部電阻會產生很多熱量，不節能。使用變頻調速系統之后，不僅可以節省外部電能，而且還可以利用提升機發電制動所釋放的電能回饋給電網，可大幅度節約用電。

4 四象限變高壓變頻能量回饋技術的應用

4.1 四象限變頻器

對于變頻器，我們假設電機的象限是逆變器的象限，橫軸是轉矩。縱軸是速度，形成四象限坐標系。

逆變器或能量回饋逆變器。當電機轉矩與負載相同時，電源經變頻器接入電機，在這種情況下，逆變器屬于功率輸出狀態，處于第一象限和第三象限。假設電機轉矩和轉向不一致，控制整流器對逆變器第二象限和第四象限電網側的能量回饋。該裝置可驅動電機輸出制動力矩，實現短時間調速。負載的動能也可以轉換成電能達到節省能源的效果。

4.2 能量回饋的原理

基本的網側電壓源變頻器能量回饋逆變電源傳輸和并網逆變器的控制，反應器的功能是提供電網與逆變器側電流限流網絡；交流側濾波器吸收線的諧波電流，防止復雜網絡。網絡結構簡化，網絡側逆變器相當于可控電壓源，電網和濾波器等效于理想電壓源。電網電壓角和頻率設置為o，有效值e，相位為0。網絡側逆變器輸出電壓的有效電壓為u，相位為E，電感為1。

這表明逆變器與電網之間的有功功率和無功功率交換可以通過調節電網側和變頻器U相輸出電壓幅度的調整：當U是滯后的，o0。，P =“O”，變頻器吸收電網的有功功率權力；在E，0，P0，逆變回饋到電網，這是在力反饋狀態的正向力：當ucosee，逆變器發出無功無功功率電網；當ucos 0 = E，功率因數逆變側1。電網反饋有功功率。控制逆變器在電網側的輸出電壓，控制逆變器的有功功率和無功功率達到能量反饋。并通過有功功率和無功矢量圖的構造，可以從全方面進行計算。在實際控制中，通過控制功率交換，將能量反饋到電網，從而節省能源。

5 技術改造

考慮到設備投入的成本，可以對原轉子串電阻控制系統進行改造，理論上原電控高壓開關柜、操作臺和控制柜可以繼續保留使用，老式高壓開關柜和可視化程度不高的操作臺不建議保留，可根據每臺提升機電控的實際情況，制定合適的方案。高壓變頻電控目前有6kV和10kV兩種電壓等級，可根據需求進行選擇，由于大多數礦井變電所提供的電壓等級為10kV，提升機電機電壓主要是6kV，考慮到高壓變頻電控的通用性，要求電控變壓器的一次側具有六個抽頭，通過改變一次側繞組的星三角接法，實現高壓變頻電控電源側6kV和10kV通用，高壓變頻電控只需接入10kV電源就可以投入使用。

6 結語

在高壓變頻技術中，能量回饋技術的有效應用可以提高保護作用，變頻調速系統可顯著提高可靠性，節約能源，提高質量控制水平。所以，目前我們可以對舊礦井提升機進行改造，提高工作效率，節約能源，提高安全系數。

參考文獻：

[1]李光.高壓變頻器在礦山提升機電控系統中的應用之探討[J].山東工業技術，2017（3）：112.