山东华宁矿业集团有限公司鑫安煤矿 山东泰安 271400
摘要：矿山提升机是矿山生产的至关重要的大型设备，对矿井的生产及安全起着非常重要的作用。因此，它的电气传动及控制装置一直是各国传动界的一个重要研究领域。传统大多数矿井提升机采用绕线转子异步电动机转子回路串电阻的交流调速系统，当前投产的大、中型矿井的提升机多数采用磁场换向的晶闸管直流可逆调速系统，上述调速方式技术落后，且运行效果很不理想，直流电动机由于其结构的复杂，运行过程中带来高昂的维护费用。而采用全数字变频调速技术的现代交流调速系统代表矿井提升机技术的先进水平。
关键词：提升机 无级变频调速 提高效率 节能
1、技术研究背景：鑫安煤矿提升机采用线绕式异步电动机，用转子串电阻的方法调速。速度特性及经济性均不理想。这种系统属于有级调速，低速转矩小，转差功率大，启动电流和换档电流冲击大，中高速运行振动大，制动不安全不可靠，对再生能量处理不力，低速运行到终点时易出现“过卷”现象，故障率高，运行效率低等缺点，矿业生产是24小时连续作业，即使短时间的停机维修也会给生产带来很大损失。高压变频技术控制提升机，可以明显节约能源，改变过去低益高耗的严重浪费状态，改变增产且增耗但不增效益的生产状况，实现“以需定耗，按需消耗”的目标.符合国家提出的节能降耗的基本发展要求.我矿现有提升机一台，电压6KV，适用与进行变频技术改造，达到节能降耗的目标。
2、技术方案论证：我矿现有提升机一台，电压6KV，驱动电动机采用三相绕线式异步电动机，其调速方法是在电动机转子回路中接入金属电阻，用主令控制器逐段切除电阻来达到加减速和调速的目的。采用转子串电阻调速的电控系统，这种系统的制动方式为能耗制动，制动所产生的能量全部消耗在电阻上。电动机转子串电阻调速系统的调速属有级调速，开环控制，调速范围小，调速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放时，需要动力制动与转子串电阻及制动闸配合操作，司机不易控制，安全性能差。在减速时和下放重物时，投入动力制动，不仅消耗外加直流电能，而且还将电动机上的再生电能消耗在转子串接的电阻上，浪费了大量的电能，且运行维护量大，维护费用高。
3、提升机高压变频分析及工作原理：
3.1高压变频分析及工作原理：
高压提升变频调速器采用最新型IGBT为主控器件，全数字化，彩色液晶触摸屏控制，以高可靠性、易操作性、高性能性为设计目标的优质变频调速器，采用先进的矢量控制变频调速技术完成提升机的四象限运行，用于绕线式转子串电阻电机控制，即可用于新矿井安装，也可用于老矿井改造。
高压提升变频器，采用若干个低压逆变器功率单元串联的方式实现直接高压输出，所用的6kv高压提升变频器，变压器有18组付边绕组，分为6个功率单元∕相，三相共18个单元，采用36脉冲整流，输入端的谐波成分远低于国标规定.
JKDK/GBP-500KW/6KV型高压提升变频调速系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。
（1）功率单元电路
每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其主电路如图2示，拓扑结构为交-直-交双向逆变电路。通过整流桥进行三相全桥方式整流，滤波后建立起母线电压。当能量由电网流向负载时，逆变块A被封闭，逆变块B实现正弦PWM单相逆变。当电机进入发电状态后，逆变块B中的二极管完成续流外，又起全波整流，使能量能够转移到滤波电容中，结果母线电压升高，达到一定高度后，启动逆变块A，进行SPWM逆变，通过输入电感，返回到移相变压器的次级，再生能量回馈到电网。
（2）输入侧结构
输入侧由移相变压器给每个单元供电，每个功率单元都承受电机电流、1/6的相电压、1/18的输出功率。18个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。
（3）输出侧结构
输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承的机械内应力和电疲劳现象。
（4）控制器
操作和安全保护系统选用两套不同配置的西门子公司的S7-300系列可编程控制器，主辅PLC之间相互通讯及监视，操作过程实现双线控制方式，精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。工控PC提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。
3.2总体性能指标：
（1）高可靠性
（2）高效率，额定工况下，系统总效率高达96%以上，其中变频部分效率大于98%
（3）功率单元模块化结构，可以互换，维护简单
（4）宽广的输入电压范围，更适合国内电网条件
（5）功率单元光纤通讯控制，完全电气隔离
（6）内置PID调节器，可实现闭环运行
（7）具有本地、远程控制方式
（8）全面故障监测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存
3.3项目的创新点及先进性：高压提升变频调速器采用最新型IGBT为主控器件，全数字化，彩色液晶触摸屏控制，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标的优质变频调速器，采用先进的矢量控制变频调速技术完成提升机的四象限运行，用于绕线式转子串电阻电机控制，即可用于新矿井安装，也可用于老矿井改造。改造完成后，原有转子串电阻调速的电控系统保留并在变频故障时可以转换，保证生产的连续性。
3.4技术成熟程度：交流电动机变频调速技术，目前已经非常成熟，且电气控制性能与直流传动方案相当，并有超过直流传动方案的趋势，是在工业控制领域大量采用的技术。可靠性指标已达到非常高的程度。
4、各方效益：
4.1经济效益分析：变频器投入运行以来一直运行稳定，输出频率、电压和电流符合要求，变频器网侧实测功率因数为0.976，效率均高于96%，满载时网侧电流谐波总容量小于3%，输出电流谐波小于4%，均低于国家标准。该项目总投资300万元，变频技术改造完成后，年节电约为24万KWh，经济效益明显。降低了生产成本，增加了经济效益。达到了节约的效果，赢得安全效益和经济效益“双赢”的局面。
4.2社会效益分析：矿井提升的安全性和可靠性是至关煤矿安全的最重要的因素之一。设备运行良好，工作可靠，大大提高了系统的安全性能，降低了电耗及维护费用，实现了绞车安全高效的目的。有极强的示范带动作用。
结束语：进行该项目建设是企业创造经济效益的需要。高压变频技术的应用是电机控制的应用趋势，也是节能降耗的先进技术。主提升机高压电机及主扇风机高压电机变频运转，达到节能降耗的目标，主提升机高压电机变频运转，还能优化提升机速度特性，提高了提升机运行的 安全性。安全效益和经济效益明显。在同行业范围内具有典型的示范意义。
参考文献：
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