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1引言

提升機是礦井的關(guān)鍵和重大安全設備之一，用作提升礦物和物料及設備等，是礦井系統設備的咽喉。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，占有非常重要的地位，它不僅關(guān)系到礦井的正常安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率，而且直接影響上、下井人員的生命財產(chǎn)安全，因此，它的電氣傳動(dòng)及控制裝置一直是各國傳動(dòng)界的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。傳統大多數礦井提升機采用繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機轉子回路串電阻的交流調速系統，這種系統屬于落后技術(shù)，而采用DSP全數字變頻調速技術(shù)的現代交流調速系統代表礦井提升機技術(shù)的先進(jìn)水平。礦用提升機的技術(shù)更新改造要求迫在眉睫。

2原礦山提升機調速系統簡(jiǎn)介

河北某煤礦礦井主斜井有一臺絞車(chē)，采用繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機拖動(dòng)，電機采用傳統的串電阻調速，該調速方式存在以下缺點(diǎn)：

(1)大量的電能消耗在轉差電阻上，造成了嚴重的能源浪費。

(2)控制系統復雜，導致系統的故障率高，接觸器、電阻器、繞線(xiàn)電機碳刷容易損壞，維護工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。

(3)低速和爬行階段需要依靠制動(dòng)閘皮摩擦滾筒實(shí)現速度控制，特別是在負載發(fā)生變化時(shí)，很難實(shí)現減速控制，導致調速不連續、速度控制性能較差。

(4)啟動(dòng)和換檔沖擊電流大，造成了很大的機械沖擊，導致電機的使用壽命大大降低，而且極容易出現“掉道”現象。

(5)自動(dòng)化程度不高，增加了開(kāi)采成本，影響了產(chǎn)量。

(6)低速段的啟動(dòng)力矩小，機械特性比較軟，帶負載能力差。

針對以上這些問(wèn)題，煤礦決定對原系統進(jìn)行改造。根據當今科技的發(fā)展，采用技術(shù)含量較高的變頻調速，替代原來(lái)的繞線(xiàn)電機串電阻調速，是較理想的方案。經(jīng)礦方多方考察，選用了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-450T型高壓提升機變頻系統。

該煤礦絞車(chē)現場(chǎng)為單滾筒絞車(chē)，絞車(chē)設備配置如表1、表2所示。

 3 新風(fēng)光高壓提升機變頻器系統的特點(diǎn)

新風(fēng)光公司是國內較早的從事提升機變頻器研究的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家，新風(fēng)光高壓提升機變頻器被列入國家火炬計劃，產(chǎn)品榮獲國家重點(diǎn)新產(chǎn)品、山東省科技進(jìn)步獎，產(chǎn)品被列入國家重點(diǎn)節能技術(shù)推廣目錄第一批名單。

新風(fēng)光JD-BP37-T系列高性能高壓變頻調速產(chǎn)品，以高速DSP（TMS320F2812）為控制核心，采用矢量控制技術(shù)，融合了能量回饋技術(shù)，以及IGBT大電流驅動(dòng)技術(shù)。矢量控制功能使得異步電機啟動(dòng)轉矩大，動(dòng)態(tài)轉矩響應好，調速精度高。能量回饋技術(shù)的應用，使得功率單元串聯(lián)型高壓變頻器具備了四象限運行能力，能量可以在電網(wǎng)和電機之間雙向流動(dòng)。矢量控制技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 矢量控制技術(shù)原理框圖

 此次變頻改造選用1臺JD-BP37-450T型高壓提升機變頻器，額定電壓6kV，額定電流54A，額定功率450kW。高壓提升機變頻器技術(shù)參數如表3所示。 

JD-BP37-450T型高壓提升變頻調速器采用進(jìn)口IGBT為主控器件，采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，以DSP為控制核心，精心巧妙科學(xué)的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機對話(huà)界面，科學(xué)人性化的界面語(yǔ)言，全中文的語(yǔ)言顯示，便于操作及查詢(xún)。風(fēng)光牌高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線(xiàn)式電機，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風(fēng)光6kV高壓提升變頻器，采用若干個(gè)低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現直接高壓輸出，所用的6kV高壓提升變頻器，變壓器有15組付邊繞組，每相分為5個(gè)功率單元，三相共15個(gè)單元，采用30脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規定。高壓提升變頻器系統結構如圖2所示。功率單元電路如圖3所示。

圖2高壓提升變頻器系統結構圖 

圖3功率單元電路結構

控制器核心由高速32位芯片運算來(lái)實(shí)現，精心設計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現遠程監控和網(wǎng)絡(luò )化控制。內置PLC用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調，增強了系統的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進(jìn)的大規模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統具有極高的可靠性。

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨立于高壓系統的統一控制器，方便調試、維修、現場(chǎng)培訓，增強了系統的可靠性。

4變頻改造方案

4.1改造主回路情況

改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統的基礎上，加裝變頻調速系統，高壓變頻器為新風(fēng)光公司生產(chǎn)的JD-BP37-450T型高壓提升機變頻器。高壓提升變頻器是整個(gè)電控系統的一個(gè)核心部分，它具有與電控系統相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統的操作命令，同時(shí)它又將運行狀態(tài)，包括工作頻率、電機電流、電源電壓、電流及故障信息隨時(shí)送給電控系統。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動(dòng)記錄以備查閱，依據用戶(hù)要求連接打印設備，每班數據打印，形成設備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，避免對變頻器引入干擾。新風(fēng)光高壓提升變頻器滿(mǎn)足煤礦現有的各種電器閉鎖要求，符合《煤礦安全規程》要求。

改造中將原繞線(xiàn)電機轉子回路進(jìn)行短接處理，利用原繞線(xiàn)電機，節約了投資。為不大面積影響煤礦生產(chǎn)，把輔料預先下放到位，根據生產(chǎn)情況間歇性停機改造。改造主回路示意圖如圖4所示。

圖4  改造主回路示意圖

4.2變頻控制與操作臺接口

變頻器與電控系統連接框圖如圖5所示。

（1）速度控制信號輸入

電控系統給一路4～20mA模擬量速度信號。

（2）模擬量輸出

系統提供兩路模擬輸出，模擬量輸出設定為4～20mA輸出電流和4～20mA輸出頻率。

（3）與操作臺遠程控制

上提、下放、抱閘（松閘）、安全回路輸入、安全回路輸出、變頻就緒、故障輸出。

圖5 變頻器與電控系統連接框圖

5 變頻運行情況

2015年8月，風(fēng)光高壓提升機變頻器現場(chǎng)開(kāi)始安裝、調試變頻器。調試人員根據現場(chǎng)工況情況：電動(dòng)機沒(méi)有裝旋轉編碼器，把變頻器工作方式設置為無(wú)旋轉編碼器矢量控制工作方式，同時(shí)把電動(dòng)機的工作參數進(jìn)行設置，然后帶空電動(dòng)機進(jìn)行運行，查看變頻器的工作情況與理論工作曲線(xiàn)進(jìn)行比較后再次調整電機設置參數，使實(shí)際運行曲線(xiàn)與理論曲線(xiàn)達到一致，最后帶滾筒對參數進(jìn)行微調。該礦領(lǐng)導為了驗證變頻器的輸出力矩，在現場(chǎng)把罐籠裝滿(mǎn)最重的沙石料（超過(guò)額定負載量）然后把罐籠放在水中，根據以往工作經(jīng)驗，這種情況如果采用串電阻絞車(chē)通常會(huì )出現拉不動(dòng)跳高壓情況。現場(chǎng)準備就緒后開(kāi)始啟動(dòng)，變頻器運行在2.0Hz，輸入電流在9A，輸出電流達到72A（電動(dòng)機額定電流47A）的情況下罐籠平穩地從水中被提上來(lái)，沒(méi)有出現罐籠晃動(dòng)現象。

為了驗證下放回饋能力，現場(chǎng)把正常工作使用的傘鉆作為重物進(jìn)行試驗（傘鉆的重量為5.3噸，是由主提絞車(chē)負責提升和下放），下放運行頻率1.5Hz，輸出電流68A，輸入電流8A，變頻器回饋工作正常。通過(guò)試驗，變頻器啟動(dòng)、停止以及調速過(guò)程中電動(dòng)機聲音正常，滾筒轉動(dòng)平穩。主井副提絞車(chē)通過(guò)改造后，實(shí)現了絞車(chē)的軟啟動(dòng)、軟停止，由于變頻器運行穩定使現場(chǎng)生產(chǎn)效率得到了提高。特別是變頻器采用回饋制動(dòng)工作方式，在提升量基本相同的情況下，通過(guò)與主提絞車(chē)相比較變頻運行時(shí)節電量達20%以上。

6結束語(yǔ)

新風(fēng)光高壓提升機變頻器在主井提升機轉子串電阻電控系統改造中，不僅提高了提升系統的安全性和可靠性，而且大大減低了維護費用，節能效果明顯，實(shí)現了高轉矩、高精度、寬調速范圍驅動(dòng)，是交流提升機電控系統發(fā)展的方向，應用前景廣闊。