變頻器控制在礦井提升機上的應用研究

靳繼波

（中天合創能源有限責任公司煤炭分公司， 內蒙古 鄂爾多斯 017000）

引言

提升機作為煤礦生產的重要設備，主要用于物料和人員的輸送。隨著礦井作業深度的不斷提升，運行功率的不斷增大，對礦井提升機在運行過程中的安全性和效率提出了更高的要求，傳統提升機采用了交流繞線式電機轉子串電阻有級調速模式，不僅控制系統較為復雜、控制精度低、可靠性差，而且在提升機啟動、制動、換擋過程中會產生極大的沖擊，給提升機機架結構穩定性和電機的使用壽命造成了嚴重的影響，因此已經無法適應越來越高的提升穩定性控制需求[1]。因此提出一種新的提升機控制模式，即采用變頻器對提升機的提升過程進行控制，實現提升機在運行過程中的無級變頻調速。

1 變頻器控制的特點

1）勵磁涌流平復特性好。能夠對供電系統不穩定或其他情況下產生的勵磁涌流具有很好的平復效果，對電網系統的沖擊性小，穩定性高；

2）多回路并行通訊技術。變頻控制系統內的關鍵控制部分采用了多回路并行通訊，當一個線路出現故障時能夠自動切換到備用回路，確保變頻驅動控制的可靠性。

3）變頻控制保護和獨立控制。變頻控制器采用了斷帶自動保護和獨立控制系統，一方面能夠在停電等特殊情況下確保提升機控制系統的運行穩定性，另一方面在系統內設置了獨立的供電電源，確保緊急情況下的安全制動控制需求。

4）低能量消耗控制。該控制技術能夠確保提升機在不同的載重量下旋轉最優的控制模式，降低提升機在運行過程中的能量消耗，提升運行經濟性。

綜上分析，當在提升機控制系統內引入變頻器控制的情況下，不僅能夠顯著提升運行穩定性、可靠性，而且還能降低運行能量消耗，變頻器驅動控制原理如圖1所示[2]。

圖1 變頻器驅動控制原理示意圖

2 立井提升機變頻驅動控制方案

由于礦井提升機通常采用雙電機驅動控制模式，對其進行變頻驅動控制升級時具有“一拖多”控制方案、“一拖一主從控制方案”，不同的控制方案具有不同的特點，因此在實際使用過程中應根據礦井提升機系統的實際情況進行針對性的選擇，其選擇的核心在于確保各電機運行時的功率平衡和協調控制，在此基礎上應盡量考慮運行經濟性的需求。

一拖多控制。一拖多控制是指一臺變頻器同時控制多臺驅動電機運行，優點是經濟性好，缺點是平衡控制程序復雜，無法有效對不同電機的功率輸出進行協調，多臺驅動電機在控制過程中極易出現功率輸出不平衡，導致部分電機出現過載燒毀現象[3]。而且在運行過程中一旦變頻器出現故障，將導致整個控制系統的癱瘓，給提升安全造成巨大的影響，因此該驅動控制模式主要應用在提升機的驅動電機型號一致、提升深度淺、運行速度低的控制系統中。

一拖一主從控制方案。一拖一主從控制方案是指采用一臺變頻器控制一臺驅動電機，將一組變頻器+驅動電機作為主控制系統，將另一組變頻器+驅動電機作為備用控制系統，當一組系統出現故障時能夠迅速啟動備用系統，從而確保對提升機控制的可靠性，一拖一控制模式結構如下頁圖2所示[4]。兩組控制系統之間采用光纖通信，確保數據傳輸的穩定性和安全性。該控制系統的優點是使各驅動電機的控制穩定性高、能夠實現同步無級變頻調速，運行穩定性高，但系統成本較高，因此常用在提升速度快、深度大，對運行穩定性和安全性要求更高的系統。

圖2 一拖一主從控制結構示意圖

3 變頻器控制在提升機控制系統上的應用

以雙電機提升機驅動控制系統為例，對其進行變頻控制改造，為了確保提升機的運行安全，采用了一拖一主從控制模式，該驅動系統中主動控制系統的整體結構如圖3所示。

在該控制系統中增加了K1和K3兩組高壓隔離開關[5]，其主要目的是在對變頻控制系統進行維修時將系統和高壓電路進行有效隔離，確保作業人員的安全。通過對該變頻驅動控制系統的運行情況的監測表明，該控制系統運行時的耗電量比優化前降低了16.4%，在啟動、換向、制動的過程中均未出現明顯的振動，對電網系統的沖擊電流顯著降低，實現了提升機的柔性啟動和無級變頻調速，有效降低了在換擋和制動情況下的沖擊，對改善提升機的運行穩定性具有十分重要的意義。

圖3 主動控制系統連接結構示意圖

4 結論

1）變頻器驅動控制勵磁涌流平復特性好、控制穩定性好、能量消耗低，能夠顯著提升運行穩定性、降低運行能量消耗，提升運行可靠性；

2）一拖多控制結構簡單、成本低，但控制可靠性差，主要用在提升機的驅動電機型號一致、提升深度淺、運行速度低的控制系統中。

3）一拖多主從控制方案，結構復雜、成本高，但控制可靠性高，常用在提升速度快、深度大，對運行穩定性和安全性要求更高的系統。

4）變頻驅動控制能將運行耗電量降低16.4%，實現提升機的柔性啟動和無級變頻調速，有效降低了在換擋和制動情況下的沖擊，對改善提升機的運行穩定性具有十分重要的意義。