變頻器控制在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用研究

靳繼波

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司煤炭分公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

引言

提升機(jī)作為煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備，主要用于物料和人員的輸送。隨著礦井作業(yè)深度的不斷提升，運(yùn)行功率的不斷增大，對(duì)礦井提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和效率提出了更高的要求，傳統(tǒng)提升機(jī)采用了交流繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻有級(jí)調(diào)速模式，不僅控制系統(tǒng)較為復(fù)雜、控制精度低、可靠性差，而且在提升機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、換擋過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊，給提升機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電機(jī)的使用壽命造成了嚴(yán)重的影響，因此已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)越來(lái)越高的提升穩(wěn)定性控制需求[1]。因此提出一種新的提升機(jī)控制模式，即采用變頻器對(duì)提升機(jī)的提升過(guò)程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的無(wú)級(jí)變頻調(diào)速。

1 變頻器控制的特點(diǎn)

1）勵(lì)磁涌流平復(fù)特性好。能夠?qū)╇娤到y(tǒng)不穩(wěn)定或其他情況下產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流具有很好的平復(fù)效果，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊性小，穩(wěn)定性高；

2）多回路并行通訊技術(shù)。變頻控制系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵控制部分采用了多回路并行通訊，當(dāng)一個(gè)線路出現(xiàn)故障時(shí)能夠自動(dòng)切換到備用回路，確保變頻驅(qū)動(dòng)控制的可靠性。

3）變頻控制保護(hù)和獨(dú)立控制。變頻控制器采用了斷帶自動(dòng)保護(hù)和獨(dú)立控制系統(tǒng)，一方面能夠在停電等特殊情況下確保提升機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，另一方面在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了獨(dú)立的供電電源，確保緊急情況下的安全制動(dòng)控制需求。

4）低能量消耗控制。該控制技術(shù)能夠確保提升機(jī)在不同的載重量下旋轉(zhuǎn)最優(yōu)的控制模式，降低提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的能量消耗，提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

綜上分析，當(dāng)在提升機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)引入變頻器控制的情況下，不僅能夠顯著提升運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性，而且還能降低運(yùn)行能量消耗，變頻器驅(qū)動(dòng)控制原理如圖1所示[2]。

圖1 變頻器驅(qū)動(dòng)控制原理示意圖

2 立井提升機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)控制方案

由于礦井提升機(jī)通常采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模式，對(duì)其進(jìn)行變頻驅(qū)動(dòng)控制升級(jí)時(shí)具有“一拖多”控制方案、“一拖一主從控制方案”，不同的控制方案具有不同的特點(diǎn)，因此在實(shí)際使用過(guò)程中應(yīng)根據(jù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性的選擇，其選擇的核心在于確保各電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率平衡和協(xié)調(diào)控制，在此基礎(chǔ)上應(yīng)盡量考慮運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的需求。

一拖多控制。一拖多控制是指一臺(tái)變頻器同時(shí)控制多臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性好，缺點(diǎn)是平衡控制程序復(fù)雜，無(wú)法有效對(duì)不同電機(jī)的功率輸出進(jìn)行協(xié)調(diào)，多臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在控制過(guò)程中極易出現(xiàn)功率輸出不平衡，導(dǎo)致部分電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載燒毀現(xiàn)象[3]。而且在運(yùn)行過(guò)程中一旦變頻器出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)的癱瘓，給提升安全造成巨大的影響，因此該驅(qū)動(dòng)控制模式主要應(yīng)用在提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)一致、提升深度淺、運(yùn)行速度低的控制系統(tǒng)中。

一拖一主從控制方案。一拖一主從控制方案是指采用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，將一組變頻器+驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為主控制系統(tǒng)，將另一組變頻器+驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為備用控制系統(tǒng)，當(dāng)一組系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠迅速啟動(dòng)備用系統(tǒng)，從而確保對(duì)提升機(jī)控制的可靠性，一拖一控制模式結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示[4]。兩組控制系統(tǒng)之間采用光纖通信，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。該控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制穩(wěn)定性高、能夠?qū)崿F(xiàn)同步無(wú)級(jí)變頻調(diào)速，運(yùn)行穩(wěn)定性高，但系統(tǒng)成本較高，因此常用在提升速度快、深度大，對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性要求更高的系統(tǒng)。

圖2 一拖一主從控制結(jié)構(gòu)示意圖

3 變頻器控制在提升機(jī)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

以雙電機(jī)提升機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為例，對(duì)其進(jìn)行變頻控制改造，為了確保提升機(jī)的運(yùn)行安全，采用了一拖一主從控制模式，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中主動(dòng)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在該控制系統(tǒng)中增加了K1和K3兩組高壓隔離開關(guān)[5]，其主要目的是在對(duì)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)行維修時(shí)將系統(tǒng)和高壓電路進(jìn)行有效隔離，確保作業(yè)人員的安全。通過(guò)對(duì)該變頻驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)表明，該控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的耗電量比優(yōu)化前降低了16.4%，在啟動(dòng)、換向、制動(dòng)的過(guò)程中均未出現(xiàn)明顯的振動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊電流顯著降低，實(shí)現(xiàn)了提升機(jī)的柔性啟動(dòng)和無(wú)級(jí)變頻調(diào)速，有效降低了在換擋和制動(dòng)情況下的沖擊，對(duì)改善提升機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

圖3 主動(dòng)控制系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

1）變頻器驅(qū)動(dòng)控制勵(lì)磁涌流平復(fù)特性好、控制穩(wěn)定性好、能量消耗低，能夠顯著提升運(yùn)行穩(wěn)定性、降低運(yùn)行能量消耗，提升運(yùn)行可靠性；

2）一拖多控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但控制可靠性差，主要用在提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)一致、提升深度淺、運(yùn)行速度低的控制系統(tǒng)中。

3）一拖多主從控制方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，但控制可靠性高，常用在提升速度快、深度大，對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性要求更高的系統(tǒng)。

4）變頻驅(qū)動(dòng)控制能將運(yùn)行耗電量降低16.4%，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的柔性啟動(dòng)和無(wú)級(jí)變頻調(diào)速，有效降低了在換擋和制動(dòng)情況下的沖擊，對(duì)改善提升機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。