ｌ０８ 童撼茬斜枝 ２０１６年第４期 高压变频调速器在矿井提升机的应用研究 李宏忠 （大同煤矿集团公司大斗沟煤业公司，山西大同０３７０２６） 摘要本文以我国某矿提升机系统为例，分析了该矿提升机系统存在的问题，结合这些问题，应用高压变频调速器对其 进行了改造，实现了软启动和软停止，节能效果显著。 关键词高压 变频调速器 提升机 优化 ＴＤ６３ ３ 文献标识码Ｂ ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９Ｑ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１６．０４．０４４ 中图分类号Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ ｍｉｎｅ ｈｏｉｓｔ Ｌｉ Ｈｏｎｇ－ｚｈｏｎｇ （Ｄａｔｏｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｇｒｏｕｐ Ｄａｄｏｕｇｏｕ ｃｏａｌ ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｘｉ Ｄａｔｏｎｇ ０３７０２６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌ１．ｉｔ ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ａｐｐｅａｒ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅ ｆａｕｌｔ，ｗｈｉｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｄ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ，ｓｏｆｔ ｓｔｏｐ，ｏｂｖｉｏｕｓ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｌｏｗ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｅｅｄ ｇｏｖｅｍｏｒ ｈｏｉｓｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 某提升机绞车采用线绕式异步电动机驱动，调 速是通过转子串电阻来实现的，即所谓的有级调速。 这种调速方式，低速运转时，转矩较小，需要较大 每相包括６个功率单元，共三相，高压提升变频调 速器系统结构具体详见图１。 铺瓣 的转差功率，启动或换挡时会产生较大的电流冲击； 中高速运转时会产生严重的振动问题，制动过程存 在安全隐患且性能可靠性差，无法有效处理再生能 量；在减速直至停止运行阶段， “过卷”问题频繁 发生，而且容易出现故障，运行效率较低。为此， 决定采用高压变频器对提升机绞车电控系统进行改 造。 图１ 高压提升变频调速器系统结构图 １．２ 功率单元结构 各功率单元在结构上完全一致，因而可互相替 换，其主电路结构见图２。整流桥采用的整流方式 为三相全桥式。整流工作完成后，对滤波电容进行 充电，测出母线电压，为更好实现单相逆变，应采 用正弦ＰＷＭ对ＩＧＢＴ逆变桥进行控制。若电机进 １ 高压变频调速器构成 ＪＤＢＰ３７型高压变频器实现了全数字化，通过 彩色液晶触摸屏进行控制，是以ＩＧＢＴ为主控器件， 这一主控器件具有性能优越等特点。 １．１ 系统结构 行发电，逆变块Ｂ中的二极管不仅具有续流作用， 还具有整流作用，从而实现能量网电容中的转移， 使得母线电压增高，当电压增加至某一定值后，逆 变块Ａ自行启动，实现ＳＰＷＭ逆变，回归到移相 变压器的次极，这是通过电感输入来实现的，而后 进行能量回归电网工作，这是通过变压器来实现的。 ｌ－３ 输入侧结构 该高压变频调速器是通过若干低压逆变器功率 单元实现直接高压输出的，这些低压逆变器功率单 元采用的连接方式为串联。提升机采用的是６ｋＶ高 压提升变频器，其中，变压器包括１８组付边绕组， 收稿日期２０１ ５—１２—１７ 作者简介李宏忠（１９８２．），男，山西大同人，毕业于大同大 学采矿工程专业，本科，现从事煤矿掘进技术与管理方面的工作， 助理工程师． ．在输入侧，通过移相变压器来实现对每个单元 ２０１６年第４期 童撼磊舛技 有维护简单的特点，且具有较强的互换性。 １０９ 的供电，各功率单元均具有相同的电机电流，电压 均为１／６的相电压，功率均为１／１８的输出功率。各 （４）可提供较大的转矩，一般会大于２倍的 单元各有一套独立的三相输入绕组，且各单元之间 是相互绝缘的，变压器二次绕组之间也具有这一特 性。为实现多重化，有效减少输入电流中的谐波， 二次绕组采用的连接方式为延边三角形连接方式。 启动转矩。 ３ 高压变频调速系统基本控制性能 ３．１ 直流制动 若重车出现停车情况，ＰＬＣ就会检测到停机信 号，然后将这一信号发送至控制器，通过控制器实 压 图２ 功率单元主电路结构图 １．４ 输出侧结构 输出侧是通过各单元的ｕ、Ｖ输出端子来实现 电机供电的，其中，各输出端子的接法为串接式的 星型接法。各单元输出端子实现对各单元的ＰＷＭ 波形的重组，以获得阶梯ＰＷＭ波形。这种波形具 有正弦度好的特点，变化速率小，这样可大大降低 对电缆和电机造成的绝缘损坏，可满足电机在额定 电压下的运转。此外，可极大地减少了因电机谐波 而造成的电耗，避免了机械振动问题，也大大减少 了某些部位的机械应力，如轴承和叶片等处。 １．５ 控制器 控制器核心主要由以下两部分组成：（１）高 速ＤＳＰ；（２）工控ＰＣ机。二者的协同运算实现了 控制器核心的功能，这一算法是专门针对该矿提升 机系统而设计的，可使得电机在运行过程中达到最 优化的效果。工控ＰＣ机还包括监控和操作界面等 环节，这样既可更好进行远程监控，又可实现网络 化操作。控制器的主要功能就是对柜体内的开关信 号进行逻辑处理，同时还能够实现与现场各种信号 的协调，这使得系统具有很好的灵活性。 ２高压提升变频调速器主要技术性能 （１）采用高一高电压源型变频器，可不需其 他变压器或滤波器，这在普通高压电动机中应用较 为广泛，且对电机、电缆绝缘，不会产生任何不良 影响。 （２）输人的功率具有因数高的特点，电流具 有较小的谐波，不需要对功率进行补偿，也不需要 对谐波进行抑制。 （３）由于单元电路采用的是模块化设计，具 现提升机的平稳降速进而停止，若ＰＬＣ接收到机械 振动信号后，就会向控制器发出相应的控制信号， 实现直流制动信号的消除。启动之前，需给提升机 发送一直流制动信号，若ＰＬＣ接收到这一信号，就 会给控制器发出相应的信号，而后在启动电压的作 用下实现提升机的启动。 ３．２ 运行速度的控制 为实现提升机运行过程中的无机械冲击问题， 应保证提升机在开停过程中的加速度连续，同时还 应保证各频率均有相对应的加减速速率。在高压变 频调速系统运行过程中，检测到不同频率所对应的 加减速速率，并将其制作成一个表格，因此，在系 统运行中可通过此表格来确定各频率所对应的加减 速速率，这样可保证提升机的平稳运行，有效避免 机械冲击问题的出现。 ３－３ 自动限速保护 在提升机接近终点时，通过限速开关发出减速 信号，ＰＬＣ就会接收到这一信号，而后将这一信号 发送至控制器，这样控制器就会自动开启减速程序， 进而实现由高速运行到低速运行的转变。提升机上 安设了测速发电机，若其发出超速信号，ＰＬＣ就会 接收到这一信号并传送至控制器，进而实现提升机 的减速。 ３．４再生能量处理 功率单元可有效处理再生能量。如图４所示， 电机正在发电，功率单元母线电压Ｖｂｕｓ在不断增加， 若母线电压大于电网电压的１．１倍，ＣＰＵ就会输出 六路的ＳＰＷＭ波形，这一工作时根据比较器和相 位检测的结果来实现的，接着逆变块Ａ中的ＩＧＢＴ 就会进人工作状态，在输入电感的作用下，通过移 相变压器实现了再生能量的向电网回馈的过程。 ４应用效果分析 （１）改造后的变频系统不再采用交流接触器 和调速电阻，大大提高了系统的稳定性和运行的可 （下转第１１４页） （上接第１０７页） ＡＰ＝ ＝压力为额定压力的９２％，能够满足生产的实际需要。 ２＋ ３＋ ＋ ５＋ １＋ ２ １＋ 而从东坡煤矿９２２该Ｔ作面开采初期、初次来 压及历次的周期来压观测数据分析，支架的供液压 力均保持在２５～３ １ＭＰａ之间，煤壁未出现片帮现象， 工作面压力显现稳定，无明显变化，Ｔ作面整体压 力显现不明显，支架支护稳定。 ２５ｋｇ／ｃｍ ２．４５ＭＰａ 即采用ＤＮ６５管路为主进液管，架间管采用 ＤＮ５０，采用流量为５００Ｌ／ｍｉｎ、压力为３１ＭＰａ的乳 化泵，供液距离为８６０ｍ时，最远端的支架的进液 提升等一些领域会得到充分应用和发展。 【参考文献】 ［１］ 王清灵，龚幼民．现代矿井提升机电控系统［Ｍ】． 北京：机械工业出版社．１９９６：８９—１１２ ［２］ 沈安文，万淑芸，王离九等．双ＰＷＭ交流传动 系统中主电路储能元件设计ｌ Ｊ１．华中理工大学学 报．１９９９，２７：０７）：２３—２５ ［３］ 陈伯时．高性能的通用变频器［Ｊ］．变频器世界， ２００４（０６）：５ １－５４ ［４］ 黄仰金．矿山副井提升机计算机控制系统的设计 及应用［Ｄ］．中南大学，２００４：１５—３５ ｌ 一］＝＝＝二 ［５］ 周建荣，平静．ＡＢＢ矿井提升机控制系统及应用［Ｊ】． 工程设计ＣＡＤ及自动化，１９９５：４０—４１ ［６］ 陈荣，张开如．三菱ＦＸ ２Ｎ系列ＰＬＣ在副井提升 机信号系统中的应用［Ｊ］．．Ｙ－业自动化，２００５．（０４） 动化系统的研制与应用『Ｊ］．山东煤炭科技，２００５ （０３）：４ ［７］ 岳朝柱，王德堂，王公华．提升机全数字化控制自 ［８］ 《矿井提升机故障处理和技术改造》编委会．矿 井提升机故障处理和技术改造ｆＭ】．北京：机械工 业出版社．２００５：２２０，２２３ ｆ ９］ 杨树勇．矿井主提升机高压变频调速装置研制和 应用［Ｊ］．煤炭科学技术，２００７，３５（０８）：５５—５７
