基于SIMADYN—D控制器的交—交變頻技術(shù)在礦井提升機上的應(yīng)用

摘 要：在煤礦生產(chǎn)過程中，礦井提升機是十分重要的組成部分，作為一種重要的設(shè)備，礦井提升機控制系統(tǒng)的安全性以及可靠性對于礦井的安全生產(chǎn)會產(chǎn)生極為重要的作用。一直以來，交流提升機的電控系統(tǒng)還存在一定的滯后性，文章就礦井提升機電控系統(tǒng)的擴容問題進行分析，明確基于SIMADYN-D控制器、國產(chǎn)功率柜的矢量控制交-交變頻方案，了解SIMADYN-D控制器和國產(chǎn)功率部件之間的接口問題，同時實踐經(jīng)驗表明，這種方案能夠使交-交變頻系統(tǒng)消耗的成本得以降低，促進提升機容量的提升，減少能耗。

關(guān)鍵詞：SIMADYN-D控制器；交-交變頻技術(shù)；礦井提升機

礦井安全設(shè)備中，提升機作為重要的組成部分，其運行的效果將對礦山的整體生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接性的影響，也會關(guān)系到礦山生產(chǎn)的安全性。以前，我國是將繞線電動機轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)和晶閘管變流直流傳動系統(tǒng)作為礦井提升機的主要控制系統(tǒng)，繞線電動機轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)技術(shù)性不強，能源的消耗量大，晶閘管變流直流傳動系統(tǒng)雖然有著良好的性能，但是由于受到制作工藝的限制，功率也會受到一定的制約，需要小于3000kW。

1 SIMADYN-D控制器的交-交變頻系統(tǒng)分析

在長期的分析研究和實踐論證的指導(dǎo)下，文章方案中的變頻系統(tǒng)將國產(chǎn)化的技術(shù)作為其功率的主要部分，形成了以西門子SIMADYN-D控制器、國產(chǎn)功率柜為主要內(nèi)容的矢量控制交-交變頻系統(tǒng)。

1.1 交-交變頻器的主回路

單相輸出的交-交變頻器的主回路是可逆性的，是一種三相橋式無環(huán)流反并聯(lián)的裝整流裝置。但是如果遇到幅值以及交流信號頻率可以變化的控制信號時，整流輸出電壓就可以變成幅值和頻率能夠發(fā)生變化的交流電壓，使變頻功能順利實現(xiàn)。通過電源交流電壓的換相，實現(xiàn)晶閘管的關(guān)閉與斷開。這種變頻器沒有直流環(huán)節(jié)，因此被稱為交-交直接變頻器。

三相輸出的交-交變頻器，其組成部分主要是三套單相輸出交-交變頻器，并且在輸出電壓上，彼此會相差120°。[1]主回路的接線方法有兩種，第一種是公共母線的方法，第二種是輸出Y聯(lián)結(jié)方式。

1.2 矢量控制交-交變頻系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)

礦井提升機中的矢量控制交-交變頻系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要分為以下內(nèi)容，SIMADYN-D控制器、高壓開關(guān)出線柜、定子變壓器、定子功率柜、隔離切換開關(guān)、勵磁變壓器、勵磁功率柜、同步電動機等，如圖1所示。QF1、QF2、QF3是高壓開關(guān)出線柜，電源輸出為10kV，定子變壓器主要是T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中T1、T2、T3的聯(lián)接組別是Dd0、10kV/950V，T4、T5、T6的聯(lián)接組別是Dy5、10kV/950V。勵磁變壓器是T7。G1、G2、G3、G4、G5、G6是定子功率柜，勵磁功率柜是G7。Q1、Q2、Q3、Q4是隔離切換開關(guān)。雙繞組同步電動機是M。[2]

1.3 SIMADYN-D控制器和國產(chǎn)功率柜的接口分析

將國產(chǎn)功率柜與進口的控制器將結(jié)合，形成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的構(gòu)成最為主要的問題就是二者之間的接口問題，系統(tǒng)有5個接口，分別是：進線電流檢測接口、直流電壓檢測接口、零電流信號檢測接口、接地保護接口和無功補償接口。

進線電流檢測接口是對功率柜的進線電流進線檢測，檢測的工具是電流互感器，進線電流檢測接口參與SIMADYN-D的電流閉環(huán)以及矢量控制。

直流電壓檢測接口是將萊姆塊作為功率柜出線電壓的檢測手段，對SIMADYN-D進行矢量控制，使得電壓能夠正常的輸出。

零電流信號檢測接口能夠使晶閘管的換流得到保證，提高其可靠性，對晶閘管兩端電壓進行檢測，并與脈沖信號相結(jié)合，從而了解其中是否存在電流，具有較高的精度，電路的復(fù)雜性比較強。

接地保護接口是主回路必須要有的功能，通過對地電阻進行檢測，實現(xiàn)其作用。

無功補償接口，電網(wǎng)無功會受到于交-交變頻系統(tǒng)的影響和沖擊，通常情況下，如果交-交變頻系統(tǒng)的功率比較大，就需要單獨設(shè)置一套措施，從而是電網(wǎng)的整體質(zhì)量得到提升。

2 礦井提升機中應(yīng)用交-交變頻系統(tǒng)

在2008年，西門子SIMADYN-D控制器、結(jié)合國產(chǎn)功率柜的矢量控制交-交變頻應(yīng)用方案就開始在礦井提升機上得到了一定的應(yīng)用，礦井提升機的主要系統(tǒng)以及參數(shù)內(nèi)容如下。

（1）礦井提升機的主要參數(shù)

礦井提升機是JKM-4×4塔式多繩摩擦式提升機，[3]利用箕斗進行提升，其高度能夠達到530米以上，最大的提升速度在10.5m/s，最大加減速度是±0.75m/s2。

（2）電動機的主要參數(shù)

電動機的主要型號是TBP2800-20交-交變頻同步電動機，其額定功率為2800kW，電壓為1500V，電流是1152A，額定的轉(zhuǎn)動速度是50r/min，勵磁電壓的最大過載需要小于400V，兩個定子繞組之間的相位為差30°左右。

（3）礦井提升機的傳動系統(tǒng)

將西門子SIMADYN-D控制器與國產(chǎn)分體式功率裝置相結(jié)合，其變流器實三相無環(huán)流的，具有可逆性的晶閘管。

（4）操作系統(tǒng)

將西門子S7雙PLC雙線制作為主要控制，并且搭配網(wǎng)絡(luò)化的操作控制平臺，促進礦井提升機控制系統(tǒng)功能的順利實現(xiàn)。

（5）裝卸載系統(tǒng)

這種系統(tǒng)將Profibus作為總線結(jié)構(gòu)，結(jié)合操作、傳動系統(tǒng)，能夠減少井筒布線量，使得安裝維護工作量得以減少，保證通信的安全，能夠避免井筒中電纜接觸問題出現(xiàn)故障。

有實踐表明，這種方案對于礦井提升機工作效率的提升是極為有利的，能夠減少能源的消耗，促進提升機技術(shù)水平的提升和進步。

3 結(jié)束語

這種西門子SIMADYN-D控制器與國產(chǎn)功率柜的矢量控制交-交變頻相結(jié)合的方案，能夠使交-交變頻系統(tǒng)的成本消耗減少，在運行過程中能夠更加安全、可靠，強化其控制水平，能夠得到國家的技術(shù)支持，應(yīng)用前景也比較好。

參考文獻

[1]周雨松，孫曉娟.基于SIMADYN-D控制器的交-交變頻技術(shù)在礦井提升機上的應(yīng)用[J].工礦自動化，2010，04：87-89.

[2]鄭文杰，葉志強.變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機上的應(yīng)用研究[J].技術(shù)與市場，2015，07：160，162.

[3]高樹倉.變頻調(diào)速技術(shù)在礦井提升機上的研究與應(yīng)用[J].煤炭與化工，2014，07：45-47.