钟萍芳、丘新民
紫金矿业集团股份有限公司
摘要：矿井提升机作为井下运输系统的关键构成设备，担负着提升井下矿物及升降作业人员和设备、物资的任务，是实现地面与井下有效联通的枢纽核心。其运行的高效性对矿井整体生产的高质、连续开展有着积极的推动意义。有鉴于此，将变频调速技术应用到井下提升机的使用中，实现对其运输的变频调节，对于矿井生产作业安全性和运行成本节约性的提升具有不可替代的重要作用。
关键词：变频调速技术；矿山运输；应用
1变频调速技术的应用优势
通过变频调速技术，可以对矿山的输送进行调整，与风机配合，确定一定的频率搭配。通过串级调速，解决效率低、调速慢的问题，提高有效范围内的整体电机操作效果。按照电机的实际需求进行更换，调整后续维护的工作量、功率水平。利用必要的绕线异步电动机操作模式，将转子绕组部分进行整流操作，确定逆变回电网的操作标准。通过变频调速操作，充分利用变频调速，实现能源的节约，确保调速在合理的范围内，保证整体功能实施的全面性，确保工作效率合理性。通过有效的变频调速技术应用，可以对矿山的运输设备进行远程电子调控，实现各设备之间的配合运行，确保整体矿山电力资源、人力资源、物理资源、环境资源符合整体施工操作作业标准要求。
2变频调速技术在矿山运输中的应用
2.1工程概述
某矿山提升机采用斜井串车提升工艺，单次提升量为2000kg，所用提升机型号为2KJ-2.5/20，运行提升最大速度为3.8m/s，井筒角度22°，提升作业长度380m。提升机所配套电机型号为JR138-10，运行转速580r/min，运行功率180kW；转子与定子的运行电压分别为380V和370V，运行电流分别为340A和310A；电控设备型号为TKD-A。提升机运行调速选用异步电机转子串电阻调速技术，电机转子中共穿有8段电阻，加速时选用附加延时控制手段，减速采用自由滑行和电机减速控制手段；爬行时则采用二次给电的方式。系统中配套的TKD-A型电控装置属于由继电装置构成的触点式控制器，整个电控系统中共使用继电装置数十个，并配套有数量众多的电阻、电容等组件，使得系统结构庞杂、线路众多，占用场地数十平方米，使得日常管理难度较大。同时，井下复杂多变的作业环境使得继电装置极易发生氧化侵蚀故障，导致运行故障多发且能耗巨大，对提升机的安全、高效运行有着严重的负面影响。
2.2变频装置控制分析
矢量控制又称磁场定向控制，是一种在变频控制中应用得十分频繁的技术手段，其通过测定和调控异步电机定子的电流矢量，结合磁场定向原理实现对电机激磁电流与转矩电流的分别调控，进而实现变频调速目标。具体操作流程为：将异步电机定子电流矢量划分成励磁电流（生成磁场的电流分量）与转矩电流（生成转矩的电流分量）后分别调控，并对两分量间的幅值与相位进行控制（调控电流矢量）。一般来说，矢量控制还可细分为有速度感应装置的矢量控制与无速度感应装置的矢量控制。图1、图2分别为无速度感应装置和有速度感应装置的矢量控制示意图。
2.3再生能量处理分析
矿井提升作业中，异步电机有时会处于发电状态，此时其传动组件生成的机械能会转化为电能回馈至变频装置直流回路中，但由于变频装置直流母线使用二极管进行整流供电，无法实现对电网的电能回馈，从而使得进入直流母线的再生能量对滤波电容装置充电，进而引起直流母线电压增大，因此，需要采取针对性的举措对电压升高进行抑制。较为常用的手段包括：（1）能耗制动。这种方法通过在直流回路并联电阻，让连续再生能量借由电阻发热的形式予以消耗，从而避免对电路正常运行的威胁。这种方法操控简便、成本低廉。图3为能耗制动作业示意图；（2）再生制动。这种方式需要在直流回路中增设能量回馈装置，从而将接收的再生能量重新反馈至电网中。采用这种方法虽然能降低能耗、提升效率，但系统复杂性大幅增加，使得运行成本大幅增加。
2.4基于矢量控制的提升机变频调速控制
在对其副井提升机电控系统进行改良升级，将其更改为基于矢量变频调速控制的系统。整个系统的构成组件包括操作台、PLC（可编程逻辑控制器）控制柜、全数字调速柜和制动单元等，并使用PLC可编程装置替代原本的触点控制装置，实现了逻辑控制编程的实现，并大幅减少了系统原有的构成组件数量（测速电机、磁放大装置、各类继电装置等），使得在系统构成获得简化的同时，减小了系统运行的噪声，并使得系统的维护管理难度大幅降低。
新型的变频电控系统借助现代工业控制手段，共配设有2台PLC用于绞车提升过程的调控，其中一台PLC对提升过程进行全程监控，另一台用于实现操作保护功能；ASCS（设备型号）数字调速柜核心组件采用6SE70矢量控制变频装置，构成了功能完备的全数字化矢量控制调速提升电控系统。其主要构成部分如下：
（1）主控部分。借由感应装置对外部信号和各类控制量进行采集，从而实现变频装置的启停和速度讯号的确定，实现对提升机运行速度的调控。运行时整个主控部分需要对变频装置运行状态实施监测并及时通过声、光等信号对操作人员进行异常状态的提示。通常来说，变频装置大多数功能的达成均需要借助PLC实现；（2）变频部分。该变频装置选用交-直-交电压型结构与SPWM（采样控制理论）矢量控制手段，通过整流电路实现50Hz交流电向直流电的转换；通过逆变电路将直流电转化为任意频率的三相交流电；（3）制动部分。选用能耗制动手段，当电机制动作业时，机械能可将电能反馈至变频装置，随后直流母线电压逐渐增大，一旦其超过预设电压则制动单元自动投入运行，能量借由电阻装置以发热的形式被消耗，实现对电压进一步增高的阻隔。
3结语
基于矢量控制的变频调速技术在矿井提升机中的应用，实现了提升机运行质量和稳定性的显著提升，特别是提升机运行的减速段、爬行段及停车段，车厢均无明显晃动，停车位置精准，对矿井运输的安全开展提供了良好支撑，是推动矿井综合效益提升的有力助力。
参考文献
[1]变频调速技术在矿井井下运输中的应用[J].孙华.能源与节能.2019(01)
[2]基于变频调速技术的矿井电机控制研究[J].暴瑞洁.中国金属通报.2018(05)