高壓變頻器在礦井提升機中的應(yīng)用研究

摘 要：本文重點闡述了高壓變頻器在煤礦主井提升機中的應(yīng)用，主要包括變頻系統(tǒng)的介紹，變頻改造煤礦主井提升機，高壓變頻器的工作原理，以及應(yīng)用效果分析。

關(guān)鍵字：煤礦;高壓變頻器;提升機;應(yīng)用

中圖分類號：TM921.51 文獻標(biāo)識碼：A

煤礦生產(chǎn)的一個重要設(shè)施是煤礦提升機，礦井提升機是礦井生產(chǎn)的咽喉，對礦井的生產(chǎn)及安全起著至關(guān)重要的作用。提煤是煤礦提升機的重要功能，在有的時候還要求提升工作者。煤礦提升機要求十分高的電氣傳動性。隨著電氣傳動技術(shù)，尤其是變頻調(diào)速技術(shù)的進一步發(fā)展，單象限高壓變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)基本成熟。最新研制的提升機高壓大功率四象限變頻調(diào)速裝置，使得提升機在整個運行過程中實現(xiàn)無極變頻調(diào)速，擴大了交流提升機應(yīng)用范圍，提高了電控裝備水平。

1、變頻系統(tǒng)

1.1功率單元

變頻部分借助當(dāng)今普遍應(yīng)用的功率單元串聯(lián)H橋型多電平，變頻功率單元的設(shè)計是模塊化，有著相同的電氣與結(jié)構(gòu)性能，能夠進行互換。它是交—直—交三相整流/單相逆變電路的基本拓撲。在功率單元出現(xiàn)故障之后能夠迅速地自行保護且將信號發(fā)給控制柜而停機。

1.2控制系統(tǒng)

PLC、工控PC機、高速單片機一起組成了控制柜。單片機的功能是網(wǎng)絡(luò)控制、迅速保護、PWM波生產(chǎn)控制、閉環(huán)或者是開環(huán)控制等，工控PC提供好的中文WINDONWS操作以及監(jiān)控界面，并且能夠進行網(wǎng)絡(luò)控制與遠程監(jiān)控，且鎖存變頻單元放電過程中的故障。內(nèi)置PLC是來邏輯處理開關(guān)量信號，聯(lián)鎖故障與運行，能夠跟用戶場地接口，實現(xiàn)用戶的要求。變頻功率單元和控制柜間借助光纖傳導(dǎo)技術(shù)，能夠完全穩(wěn)定地隔離高壓部分與低壓部分，系統(tǒng)的安全性非常高，并且有著非常高的抗電磁干擾性，大大地提高了其穩(wěn)定性。

2、變頻改造煤礦主井提升機

2.1老系統(tǒng)備用

借助PLC電控系統(tǒng)與高壓變頻設(shè)備來改造固有的老系統(tǒng)，該變頻系統(tǒng)屬于提升機專用的矢量控制四象限H橋串聯(lián)多電平的高壓變頻調(diào)速設(shè)施。由于當(dāng)前的老系統(tǒng)還能夠應(yīng)用，因此不需要拆除，以此當(dāng)作備用的系統(tǒng)。

2.2手動切換工頻

手動工頻旁路由系統(tǒng)配置。在變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者是要求維護的時候，切換柜可以進行工頻旁路，旁路后改變成為原先的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)。并且也改造電控工藝系統(tǒng)成為穩(wěn)定性較高的PLC電控系統(tǒng)，這樣，PLC電控系統(tǒng)能夠切換控制老系統(tǒng)。

3、高壓變頻器的工作原理

由功率柜與主控柜一起構(gòu)成了RHVC的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，作為一種技術(shù)要求比較高的節(jié)能型產(chǎn)品，實施當(dāng)今比較發(fā)達的SPWM脈寬調(diào)制技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)，IGBT功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)。有著穩(wěn)定性高、功率因數(shù)高和節(jié)能效果好的特點。三相Y接輸出的功率柜，實施每相5個功率單元輸出SPWM波相疊加的逆變器輸出，從而使得質(zhì)量比較高的正弦波輸出。借助光纖隔離技術(shù)的功率柜與主控柜間，避免了電磁的干擾，完全地隔離了低壓和高壓，有著非常高的安全性。

4、應(yīng)用效果分析

4.1直接效益

（1）高壓變頻器的應(yīng)用，使得電能的損耗大大地減少。

（2）在應(yīng)用變頻系統(tǒng)后，節(jié)省了每個提升循環(huán)所應(yīng)用的時間，這樣就能夠比固有的系統(tǒng)提升一些循環(huán)，在充足產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，每一天都能夠大大地提高產(chǎn)能，以及系統(tǒng)還具備比較大的提速空間。

（3）新系統(tǒng)的應(yīng)用，倘若發(fā)生了故障，能夠迅速地投入應(yīng)用模塊化的備用設(shè)施，以及使得換功率單元的時間也縮短，最終使得維修導(dǎo)致的停機時間減少，并且也大大地降低了故障率。

4.2間接效益

（1）在工頻以下，高壓變頻調(diào)速設(shè)施借助無級調(diào)速不間斷地改變電源的頻率，能夠軟啟動電機，這使得啟動沖擊電流對減速器、電軸承和電機本身的沖擊都大大地減少，以及使得系統(tǒng)的使用年限延長，從而也使勞動者的勞動強度降低。

（2）無諧波特點的高壓變頻調(diào)速設(shè)施使電機運行的過程中對電網(wǎng)導(dǎo)致的污染明顯地減少，在進行測試之后，大大地提高了主井提升機的功率因數(shù)，跟固有的系統(tǒng)進行比較，有了顯著的提高，這有利于電網(wǎng)環(huán)境的改善。

（3）裝置的故障率大大地減少，故障停機時間大大地縮短。以高壓變頻器代替固有的系統(tǒng)，有效地解決了缺少原系統(tǒng)備件的問題，新型的裝置模塊化的設(shè)計更加便于維修，倘若發(fā)生模塊故障，能夠在比較短的時間之內(nèi)進行更換。

5、對提升機高壓變頻器的技術(shù)要求

礦山提升機是煤炭企業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，要求高壓變頻器具有極高的可靠性。特別是對于副井提升，一方面用于提升人員，另一方面負載變化大。提升機對變頻器要求有以下主要特點：（1）要求技術(shù)先進，可靠性高，適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境。（2）要求能實現(xiàn)四象限運行，解決能量回饋，電氣減速或重物下放時變頻器將再生電能送向電網(wǎng)。

6、結(jié)語

綜上所述，礦山提升機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有控制性能優(yōu)良、操作簡便、運行效率高、維護工作量小、能量反饋顯著等諸多優(yōu)點，隨著高壓變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟與國家節(jié)能減排的必然趨勢，它正成為礦山提升機傳動的發(fā)展方向。而且改進和完善煤礦主井提升系統(tǒng)屬于一項綜合性的配套工程，而其中的主體工程就是高壓變頻調(diào)速器，在順利地運行此項后，煤礦節(jié)能增產(chǎn)的目標(biāo)得以實現(xiàn)，并且實現(xiàn)了好的社會效益與企業(yè)效益，它受到了煤礦企業(yè)的青睞。為此，高壓變頻調(diào)速器的發(fā)展前景非常看好。

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作者簡介：冀紅品（1978.3—），女，河南鄧州市人，助理工程師，畢業(yè)于河南理工大學(xué)，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦職教中心，研究方向：礦山機電。