高壓變頻器在建井提升機(jī)中的應(yīng)用與分析

李小柱

摘 要：目前，我公司使用的提升機(jī)調(diào)速方式大部分為電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速，本篇文章從變頻器和變頻調(diào)速這兩個(gè)原理出發(fā)，論述了礦井提升機(jī)高壓變頻控制優(yōu)勢(shì)，分析了高壓變頻器在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用和技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；礦井提升機(jī)；礦井建設(shè)

根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)管總局要求，大型新建礦井禁止使用串電阻調(diào)速提升機(jī)電控裝置，建議更換為四象限變頻調(diào)速提升機(jī)電控裝置。節(jié)能高壓變頻技術(shù)和能量反饋技術(shù)是一種提升機(jī)，運(yùn)行穩(wěn)定的技術(shù)，保證了礦井提升系統(tǒng)的安全，比轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速節(jié)省了大量能源，這一技術(shù)需要企業(yè)深入探討和分析。

1 變頻器及變頻調(diào)速的工作原理

變頻器是根據(jù)功率半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)功能來(lái)改變電源頻率到其他頻率的能量控制裝置。我們?nèi)缃癫捎玫淖冾l器通常使用的是“交叉”和“單向”的辦法。首先，將工頻交流電源由整流器變換成可由頻率和電壓控制的交流電源，然后在供給電動(dòng)機(jī)使用。電動(dòng)主要由以下四部分變頻器類(lèi)整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器及控制器組成。電機(jī)轉(zhuǎn)速公式

n=60fp

（n：電機(jī)轉(zhuǎn)速；f：工頻；p：電機(jī)極數(shù)）改變電源頻率的這個(gè)措施，可以從而控制調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)調(diào)整速度的目的。變頻器能讓普通異步電動(dòng)機(jī)達(dá)到調(diào)速。另外，本變頻器具有起動(dòng)電流小和保護(hù)電機(jī)安靜等優(yōu)點(diǎn)。變頻器具有電源范圍寬、相序要求低、節(jié)能功能明顯等優(yōu)點(diǎn)。

2 變頻調(diào)速基本存在因素

2.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要素

煤礦提升機(jī)變頻調(diào)速控制主要是如何提高電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和電壓的大小。這些全部都能采用非接觸控制通過(guò)可編程邏輯控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻調(diào)速的電控能采用變頻器良好的控制功能，以及專(zhuān)用逆變器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，速度為零，百分之百的扭矩輸出和預(yù)勵(lì)磁功能。

2.2 零速全轉(zhuǎn)矩功能

在一種狀態(tài)下，變頻速度為零，電機(jī)有充足的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，不需要速度反饋裝置就能保持電扭矩。此功能可使提升容器的升、降速度為0，靠電磁力使提升容器保持靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)持續(xù)到電磁制動(dòng)器，將電機(jī)軸拉住的時(shí)候，確保滑鉤現(xiàn)象不存在。

2.3 預(yù)勵(lì)磁功能

變頻器在暫停和起動(dòng)前可以全自動(dòng)化的進(jìn)行直流預(yù)激。電動(dòng)機(jī)有足夠大的扭矩使提升容器保持停止的狀態(tài)，確保電磁制動(dòng)器運(yùn)行時(shí)不發(fā)生滑鉤現(xiàn)象。

3 提升機(jī)采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

3.1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能

變頻調(diào)速系統(tǒng)具有體積小、工作效率高、性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)、操作方便等特點(diǎn)，優(yōu)于以往任何調(diào)速方式。電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，而電機(jī)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和無(wú)級(jí)調(diào)速。此外，對(duì)電機(jī)的部分參數(shù)進(jìn)行完善，對(duì)電源欠壓、過(guò)壓等不正常的現(xiàn)象進(jìn)行有效合理確的檢驗(yàn)，并及時(shí)作出相應(yīng)解決方案保護(hù)電機(jī)。這對(duì)提升機(jī)有重要的影響意義。

3.2 工作性能提高

礦井提升機(jī)采用變頻調(diào)速后，可很大程度的延長(zhǎng)制動(dòng)器閘板的使用周期，基本上是電磁制動(dòng)完畢后才開(kāi)始機(jī)械制動(dòng)、制動(dòng)器閘板磨損大大改善。由于減速時(shí)不需要閘板頻繁參與，閘板磨損較小，大大降低了更換閘板和調(diào)整閘間隙的次數(shù)，提高了提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。高壓變頻控制系統(tǒng)有效降低了故障率，速度控制安全平穩(wěn)，基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，通過(guò)PLC控制改變輸出電源的頻率和電壓，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加減速等操作。

3.3 節(jié)能效果提高

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的提升機(jī)在啟動(dòng)和減速時(shí)需要串入電阻，外部電阻會(huì)產(chǎn)生很多熱量，不節(jié)能。使用變頻調(diào)速系統(tǒng)之后，不僅可以節(jié)省外部電能，而且還可以利用提升機(jī)發(fā)電制動(dòng)所釋放的電能回饋給電網(wǎng)，可大幅度節(jié)約用電。

4 四象限變高壓變頻能量回饋技術(shù)的應(yīng)用

4.1 四象限變頻器

對(duì)于變頻器，我們假設(shè)電機(jī)的象限是逆變器的象限，橫軸是轉(zhuǎn)矩?？v軸是速度，形成四象限坐標(biāo)系。

逆變器或能量回饋逆變器。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載相同時(shí)，電源經(jīng)變頻器接入電機(jī)，在這種情況下，逆變器屬于功率輸出狀態(tài)，處于第一象限和第三象限。假設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向不一致，控制整流器對(duì)逆變器第二象限和第四象限電網(wǎng)側(cè)的能量回饋。該裝置可驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出制動(dòng)力矩，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間調(diào)速。負(fù)載的動(dòng)能也可以轉(zhuǎn)換成電能達(dá)到節(jié)省能源的效果。

4.2 能量回饋的原理

基本的網(wǎng)側(cè)電壓源變頻器能量回饋逆變電源傳輸和并網(wǎng)逆變器的控制，反應(yīng)器的功能是提供電網(wǎng)與逆變器側(cè)電流限流網(wǎng)絡(luò)；交流側(cè)濾波器吸收線的諧波電流，防止復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，網(wǎng)絡(luò)側(cè)逆變器相當(dāng)于可控電壓源，電網(wǎng)和濾波器等效于理想電壓源。電網(wǎng)電壓角和頻率設(shè)置為o，有效值e，相位為0。網(wǎng)絡(luò)側(cè)逆變器輸出電壓的有效電壓為u，相位為E，電感為1。

這表明逆變器與電網(wǎng)之間的有功功率和無(wú)功功率交換可以通過(guò)調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)和變頻器U相輸出電壓幅度的調(diào)整：當(dāng)U是滯后的，o0。，P =“O”，變頻器吸收電網(wǎng)的有功功率權(quán)力；在E，0，P0，逆變回饋到電網(wǎng)，這是在力反饋狀態(tài)的正向力：當(dāng)ucosee，逆變器發(fā)出無(wú)功無(wú)功功率電網(wǎng)；當(dāng)ucos 0 = E，功率因數(shù)逆變側(cè)1。電網(wǎng)反饋有功功率。控制逆變器在電網(wǎng)側(cè)的輸出電壓，控制逆變器的有功功率和無(wú)功功率達(dá)到能量反饋。并通過(guò)有功功率和無(wú)功矢量圖的構(gòu)造，可以從全方面進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際控制中，通過(guò)控制功率交換，將能量反饋到電網(wǎng)，從而節(jié)省能源。

5 技術(shù)改造

考慮到設(shè)備投入的成本，可以對(duì)原轉(zhuǎn)子串電阻控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，理論上原電控高壓開(kāi)關(guān)柜、操作臺(tái)和控制柜可以繼續(xù)保留使用，老式高壓開(kāi)關(guān)柜和可視化程度不高的操作臺(tái)不建議保留，可根據(jù)每臺(tái)提升機(jī)電控的實(shí)際情況，制定合適的方案。高壓變頻電控目前有6kV和10kV兩種電壓等級(jí)，可根據(jù)需求進(jìn)行選擇，由于大多數(shù)礦井變電所提供的電壓等級(jí)為10kV，提升機(jī)電機(jī)電壓主要是6kV，考慮到高壓變頻電控的通用性，要求電控變壓器的一次側(cè)具有六個(gè)抽頭，通過(guò)改變一次側(cè)繞組的星三角接法，實(shí)現(xiàn)高壓變頻電控電源側(cè)6kV和10kV通用，高壓變頻電控只需接入10kV電源就可以投入使用。

6 結(jié)語(yǔ)

在高壓變頻技術(shù)中，能量回饋技術(shù)的有效應(yīng)用可以提高保護(hù)作用，變頻調(diào)速系統(tǒng)可顯著提高可靠性，節(jié)約能源，提高質(zhì)量控制水平。所以，目前我們可以對(duì)舊礦井提升機(jī)進(jìn)行改造，提高工作效率，節(jié)約能源，提高安全系數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李光.高壓變頻器在礦山提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用之探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（3）：112.