煤礦主提升機變頻調速控制關鍵技術分析及應用

陳和 陜西陜煤蒲白礦業有限公司煤礦運營公司

現階段在煤礦主提升機使用過程中，其中較多采用交-交變頻系統，當前該系統得到了較大范圍的使用，但是從具體使用中可看出，在電網中會有諧波出現，導致電機出現轉矩脈振，對礦井安全生產帶來的威脅較大，而選擇使用高功率電勵磁同步電機變頻調速系統，可實現煤礦主提升機工作效果的較好優化，有效增強煤礦企業生產的效率和質量。

一、當前煤礦主提升機變頻調速控制面臨的突出問題

現階段，在我國的電力傳動研究中，現在使用較多的是二極管嵌位型三電平功率變換器，這種變換器的內部使用的形式主要為拓撲結構，這種結構在很多情況下，相對于當前高效礦井的建設表現出較大的不適應性，提升機內的電力傳動系統表現出兩個突出的問題：一方面，當前國外煤礦使用的提升機，開支使用交流電-直流電-交流電的三電頻變頻技術，雖然該種技術效果相對較好，但是總體造價也高，相對于當前煤礦發展的形式表現出較強的不適應性。另一方面，國內煤礦已經經歷了較多年的開采，資源枯竭問題明顯，很多煤礦已經進入到深部開采的階段，且仍舊有著向深部發展的趨勢，這就對機電設備功率提出了更高的要求，例如，需要使用大功率膠帶機、立井提升機等，但是選擇使用兩電平變頻器功率相對不高，多數均能夠達到500KW，相對于實際需求表現出較大的差別。

二、煤礦主提升機變頻調速控制關鍵技術

（一）二極管箝位型三電平功率變換器關鍵技術

當前，高頻設備能耗在很大程度上已經成為一種必然，二極管箝位型三電平功率變換器的內在拓撲結構見圖1所示，該種拓撲結構在大功率領域與高電壓的消耗領域已經成為主流產品，從該產品使用到大功率的方面來看，取得了較好的經濟效益。

從該拓撲結構的使用情況來看，在進行整流之前，可選擇使用變換器系統，在具體操作網絡側電流時，與整個系統并聯的電容器，能夠輸出包含有五個階的電流、電壓，整體的畸變率非常低，動靜態性能也相對較高，產生的噪音也相對較低。

（二）母線工藝技術要點

在變頻調速控制中，選擇使用母線時，若材質為銅線或者選擇的是PET絕緣紙，則在進行硫化之后，可進行無塵封裝，可以將其中存在的電感，特別是較為雜散的電感有效控制到最低，對于功率器件開斷瞬間中可能出現的反電勢也可實現較好控制，也有利于對功率器件進行選擇。從當前這種技術的使用情況來看，功率單元使用效果明顯提升，母線在使用時也表現出更長的壽命。

（三）直流測支撐電容關鍵技術

選擇使用電力電子專用干式薄膜電容器，該種電容器的主要技術特點是工作條件相對較寬，整體的電流也相對較大，也可以去的高紋波的效果，從具體使用情況來看，使用的壽命超過了20萬個小時，整個電容的體積也相對較小，在進行拆卸時較為方便，維護也非常便捷。

圖1 二極管箝位型三電平功率變換器拓撲結構圖

（四）變頻器保護關鍵技術

為了更好提升變頻保護效果，在變頻調速控制中，將原有的變頻器保護技術作為基礎，向其中加入零序電壓保護技術、下母線過壓保護技術、母線電壓傳感器校驗保護等，通過多層保護技術的應用，較好提升變頻調速控制技術效果，更好保證了機械設備使用的安全性。

（五）減少換流回路寄生電感技術要點

從主提升機變頻調速功率變換器的換流情況來看，電路中包含的寄生電感側會導致瞬時翻轉電壓，對功率器件正常使用帶來的影響較大。在出現了電壓過高的問題時，容易導致元器件損害，還會有電磁干擾的問題出現。在高功率環境下，寄生電感所產生的能量在進行換向時，整體是相對較高的，若不能通過吸收電路的方式來對電壓進行抑制，則需要頻率相對較高的電容器對電能進行吸收。所以，在進行高功率的具體轉換時，對電壓進行限制最為有效的方法就是最大限度的降低整流電路中包含的寄生電感。在對大功率進行轉換時，選擇使用圖2的方式進行堆疊母線連接，取得的效果相對較好（見圖2）。

圖2 疊層母線示意圖

（六）直流制動關鍵技術

在提升機重車運行的過程中，變頻器從高速平滑的方式降低速度，選擇使用直流制動的方式，控制提升機運行的速度和狀態，在完成制動后，技術人員需控制直流制動信號，確保重車在機械抱閘制動的基礎上完成制動。在進行啟動時，通過在電動機中加入直流制動信號，將其中的直流制動信號全部去掉，通過增加電壓的方式，有效轉動提升機。在機械抱閘情況下，變頻器對提升機的工作狀態進行檢測，在機械抱閘開啟后，加入直流制動信號，保證重車不會出現下滑的問題。

（七）自動限速保護關鍵技術

在提升機運行到終點時，技術人員啟動減速程序，控制主控器減速，并根據變頻器的運行狀態，針對性的調整相關的指令信號。如果得到了減速信號，則根據工作頻率，按照設定的要求開始低速運行，采用這種模式對于有效防止出現“過卷”的問題非常有效。同時，提升機帶有測速發電機，若出現了超速的問題時，變頻器也可以進行自動的速度控制。此外，在提升機開機時，也需要按照指定的命令進行操控，在給出不同的命令下，會判斷不同命令之間的先后關系，在出現了不符合規定的命令時，變頻器不會啟動，確保運行的安全性。

三、煤礦主提升機變頻調速控制技術應用

建新煤化公司選擇使用大功率全數字交-直-交變頻矢量控制的方式對主提升機變頻器進行有效調速，并選擇使用電控配電設備對主提升機的使用情況進行了監測，得到了表1所示的監測結果，從檢測數據來看，取得了較好的變頻調速效果。

表1 主提升機變頻調速系統性能指標

從具體的檢測結果與現場的實際使用情況來看，在主提升機變頻調速系統中，選擇使用三電平功率的方式對變頻調速進行控制，取得了較好的控制效果，主提升設備運行速度達到了10m/s，對人員進行提升的速度達到了4m/s，在進行檢修時速度控制在2m/s，在這三種工況下，主提升機運行曲線平滑完整，如圖3所示，較好保證了礦井主提升機運行的可靠性。

圖3 主提升機運行狀態示意圖

四、結束語

綜上分析，全面提升主提升機變頻調速效果對于更好保證提升機的工作效果非常關鍵，但是從當前該技術的使用情況來看，在控制好調速技術等方面還有較大的提升空間，需要及時采取相關的措施進行調整優化，因此，這就需要技術人員充分結合煤礦提升機的使用效果，采取針對性的措施，全面提升變頻調速控制效果，更好保證煤礦生產的安全性。