礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)對供電質(zhì)量的控制策略

張 全（黑龍江省七臺河市茄子河區(qū)煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)督管理局，黑龍江 七臺河 154600）

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礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)對供電質(zhì)量的控制策略

張 全
（黑龍江省七臺河市茄子河區(qū)煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)督管理局，黑龍江 七臺河 154600）

摘 要：在現(xiàn)代社會發(fā)展的進(jìn)程中，礦井提升機(jī)在使用的過程中普遍采用變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，這一運行模式對供電質(zhì)量的控制也起到了重要的作用，并且在定位以及制動方面可以帶來更加準(zhǔn)確的效果。隨著新技術(shù)手段在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，提升機(jī)的整體性能得到了有效的保證，對于其安全穩(wěn)定的運行提供了基礎(chǔ)性的保障。本文針對這方面的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)地論述，希望在今后的工作中可以對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行更加有效地控制，保證供電質(zhì)量的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；變頻調(diào)速系統(tǒng)；供電質(zhì)量；控制策略

礦井提升機(jī)主要應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)的過程中，對于礦山生產(chǎn)將會起到重要的作用，所以加強(qiáng)對提升機(jī)的有效控制是一項系統(tǒng)性并且需要一定技術(shù)含量的工作，將其應(yīng)用在煤礦開采的工作中，能夠有效的提升礦山的生產(chǎn)效率，并且在安全性方面也將會得到重要的保障。隨著我國對煤礦開采工作的愈發(fā)重視，在礦井提升機(jī)的控制方面通常都會采用變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制，這種控制方法在我國已經(jīng)基本形成，可以說我國當(dāng)前的煤礦生產(chǎn)基本上已經(jīng)進(jìn)入了變頻調(diào)速的時代。

1 礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

從整體上來看，這一系統(tǒng)在我國的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了比較成熟的水平，所以在運行的過程中其可以達(dá)到自動加速的效果，保證礦井中正常的運行，在運用了這一系統(tǒng)進(jìn)行控制后，真正實現(xiàn)了進(jìn)行軟啟動以及平滑調(diào)速的效果。除此之外，在提升機(jī)的運行過程中，還能夠恰到好處地給定S形速度，有效地實現(xiàn)了對加減速時間、上下限頻率等相關(guān)目標(biāo)的控制?？梢哉f，我國目前所使用的變頻調(diào)速系統(tǒng)中主要是以交-直-交高壓為主，這種類型的變頻控制主要在以下幾個方面具有重要的作用。首先是能夠有效地提升工作效率，并且不會產(chǎn)生較多的損耗，起到了節(jié)能減排的作用。其次是在應(yīng)用范圍上，具有更加廣闊的發(fā)展空間，值得在其他相關(guān)行業(yè)中進(jìn)行推廣，尤其是在籠型異步電動機(jī)中可以得到進(jìn)一步的應(yīng)用。第三是在調(diào)速的方面，具有幾個不同的檔，范圍更加廣闊，并且能夠達(dá)到更加準(zhǔn)確的精度。第四是在整個調(diào)節(jié)的過程中，都是運用計算機(jī)進(jìn)行控制的，可以直接將監(jiān)測結(jié)果體現(xiàn)在顯示器中，這樣就更加便于觀察以及隨時進(jìn)行調(diào)控，也能對故障進(jìn)行相應(yīng)地診斷。隨著這一控制系統(tǒng)的應(yīng)用，我國在礦井生產(chǎn)過程中變得更加安全穩(wěn)定，但是相應(yīng)的一些其他問題也隨之出現(xiàn)，只有保證供電質(zhì)量更加穩(wěn)定，才能實現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的使用，如果高壓電網(wǎng)不穩(wěn)定，那么也就會在一定程度上制約著變頻調(diào)速系統(tǒng)的使用。

2 對供電質(zhì)量的基本要求以及故障分析

在進(jìn)行具體工作的過程中，需要確保電源的穩(wěn)定性，只有將電源保持在更加穩(wěn)定的狀態(tài)下，才能降低故障的出現(xiàn)。在當(dāng)前的工作中，主要出現(xiàn)的故障集中在以下幾個部分。首先是在電動機(jī)運行的過程中，頻率減少時，隨之電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也會呈現(xiàn)出下降的趨勢，在慣性的影響下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并不會發(fā)生改變，這樣在電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩就會轉(zhuǎn)化為制動轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出下降的趨勢，隨之進(jìn)入到再生制動狀態(tài)之中。

其次，髙壓變頻調(diào)速系統(tǒng)功率輸出部分驅(qū)動電路采用的IGBT晶體管存在所謂擎住效應(yīng)。由于IGBT半導(dǎo)工藝結(jié)構(gòu)上存在一個寄生晶體管，也就是寄存可控硅。IGBT的理想等效電路如圖1所示。

它是一個PNP雙極晶體管和功率MOSFET采用達(dá)林頓連接而形成的單片BI-MOS晶體管。而實際的IGBT的等效電路卻如圖2所示。

IGBT實際等效電路與理想等效電路的不同之處在于T2與T3分別是由可控硅與功率MOSFET構(gòu)成的。圖中T2是有條件的寄生存在的，正常使用不存在T2，當(dāng)電流突然增大其壓降大到能夠使寄生T2導(dǎo)通，T2與T3晶體管門極控制作用失靈，形成自鎖現(xiàn)象，這就是擎住效應(yīng)。

第三種情況是在伺服驅(qū)動的過程中產(chǎn)生的一種情況，當(dāng)感性電機(jī)負(fù)載沖擊到IGBT晶體管時，通過變頻調(diào)速系統(tǒng)就會將現(xiàn)有的工作狀態(tài)傳導(dǎo)入電網(wǎng)中，此時系統(tǒng)正處在減速的運行階段，而電機(jī)正處在再生制動的狀態(tài)中，如果電網(wǎng)出現(xiàn)斷路的情況，在大電流的影響下就會產(chǎn)生擎住效應(yīng)，造成礦井提升機(jī)不能正常地進(jìn)行升降，由此會產(chǎn)生一系列的安全事故。

圖1理想的等效電路

圖2實際的IGBT等效電路

3 控制礦井供電質(zhì)量的具體措施

為了保證煤礦工人進(jìn)行更加安全的生產(chǎn)工作，就需要對礦井提升機(jī)的應(yīng)用加以重視，因為在礦山生產(chǎn)中，這一設(shè)備是不可或缺的設(shè)備之一，通過對礦井提升機(jī)性能的不斷提高，便能夠確保煤礦的生產(chǎn)效率，將煤礦生產(chǎn)得到更加安全的保障。對此，筆者認(rèn)為應(yīng)該進(jìn)一步提升礦井的供電質(zhì)量，從變頻調(diào)速的方面入手，這樣才能從根本上為礦井安全提供基礎(chǔ)性的保障。要想確保礦井提升井能夠得到有效的控制，就需要對供電質(zhì)量進(jìn)行進(jìn)一步地管理。筆者主要從以下幾個方面提出了相應(yīng)的措施。

（1）首先，一定要保證供電區(qū)域的電流狀態(tài)，并且以此為基礎(chǔ)對礦井提升機(jī)的運行制定出更加準(zhǔn)確的方案。操作人員也應(yīng)該進(jìn)一步強(qiáng)化自身的隱患意識，嚴(yán)格按照操作指令中的要求進(jìn)行控制，并且隨時觀察電網(wǎng)中電壓的變化情況，如果出現(xiàn)問題，就要及時采取應(yīng)急措施予以解決。進(jìn)一步提升運行，這樣就能緩解因為負(fù)荷量增大而產(chǎn)生的壓降情況。如果天氣出現(xiàn)異常，那么就要采用災(zāi)害天氣的預(yù)防方案，禁止在災(zāi)害天氣中繼續(xù)使用提升機(jī)，以防止因為供電故障而發(fā)生的安全事故。

（2）在對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制的過程中，需要注意的是在拖動系統(tǒng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的過程中，動能逐漸降低的狀況，在這種情況下，電動機(jī)便不能將電能傳輸回電網(wǎng)中，從而造成泵生電壓的情況，此時的電壓如果超出一定的數(shù)值，那么就需要再增設(shè)一條放電回路，將增生的電能逐步消耗掉。通過對電路的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，能夠?qū)㈦妱訖C(jī)的定子電源得到有效的控制，取得保護(hù)電路的作用。

（3）常規(guī)礦井提升機(jī)的交流電動機(jī)，通常都是在額定頻率、額定電壓下工作的。此時，軸上輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率都可以達(dá)到額定值。在變頻調(diào)速的情況下，供電頻率是變化的，電機(jī)的實際輸出也會變化，由于變頻器有一定的通用性，因此在與不同拖動場合的電機(jī)配合時，必須合理選擇容量。同時在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機(jī)的情況下，變頻器的容量選擇要保證變頻器的額定電流大于該電動機(jī)的額定電流，或者是變頻器所適配的電動機(jī)功率大于當(dāng)前該電動機(jī)的功率。

（4）采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，由于所采用的電路均為大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路，結(jié)構(gòu)簡單并且不需要大量的元器件，大大地減少了原來系統(tǒng)的故障點，有效保障了礦井提升機(jī)的運行安全性與供電穩(wěn)定性。

結(jié)語

保證礦井工作的安全性是目前工作的重中之重，因此需要相關(guān)部門對礦井發(fā)生安全事故的主要原因進(jìn)行調(diào)查研究，從而得到有效地控制。本文主要對其中的重要影響因素，即礦井供電質(zhì)量的問題進(jìn)行了論述，希望得到有效解決。影響礦井供電質(zhì)量的主要因素在于高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，受到操作方面或者制造工藝等方面諸多因素的影響，所以只要加強(qiáng)質(zhì)量管理，操作方面的問題是完全可以得到避免的。只要使驅(qū)動電路改進(jìn)得更加完善，就能實現(xiàn)保護(hù)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

［1］張林，羅劍波，崔曉丹，李威，陳洶，孫玉軍.大型廠礦企業(yè)供電系統(tǒng)安全運行關(guān)鍵技術(shù)及實施方案探討［J］.工礦自動化，2013（10）：59.

［2］馬秀雙.淺談變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機(jī)改造中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2007（5）：125.

［3］董廣民，張國賓.礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)對供電質(zhì)量的控制策略［C］.第24屆全國煤礦自動化與信息化學(xué)術(shù)會議暨第6屆中國煤礦信息化與自動化高層論壇論文集，2014-08-29：53-54.

中圖分類號：TD633

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A