张敬至 崔皓淇
辽宁铁法能源有限责任公司下属小青煤矿机电办 辽宁省铁岭调兵山市 112700
摘要：提升机是煤矿生产的主要设备，异步电机采用转子串电阻的方式调速，四象限矢量控制再生制动型的高压变频器，给大功率提升机调速带来了科技进步，主副井绞车安装四象限高压变频后运行效果良好，在试验、使用过程中，真正解决了重载下放问题，减速和重载下放产生的电能回馈电网，节电效果显著。
关键词：四象限高压变频器 提升机 矢量控制 再生制动 异步电动机
1 概述
矿井提升机主要作用是提升人员、物料，提升绞车采用绕线式异步电动机，转子编码串电阻的方法调速，这种系统属于有级调速，低速转矩小，转差率大，启动电流和换挡电流冲击大，加之每钩提升重量都有可能改变，造成了提升系统在调速控制阶段速度控制较为困难，大量电能消耗在电阻上，而且停车位置不能很准确地定位，为改善提升系统运行的安全性、实现节能降耗和提高控制精度的目的；矿井提升机电控系统改造为四象限高压变频PLC电控系统。四象限高压变频器运行，动态响应速度快，可以准确制动和定位，调速精度高，安全可靠性高。
2 四象限高压变频器工作原理
四象限高压变频调速装置，采用先进的H桥串联高压变频理论，直接高-高结构，变频器的整流侧和逆变侧均采用IGBT模块，电机在电动状态时，能量从电网经整流回路和逆变回路流向电机，变频器工作在一、三象限，当电机工作在发电状态时，电机产生的能量通过逆变侧回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定值，直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值，将能量回馈到电网，变频器工作在二、四象限。
功率单元采用交-直-交变频技术，三相输入、单相输出，提高了工作可靠性。功率器件采用进口IGBT模块，系统采用目前应用最成熟的PWM调节方式，系统具有极高的动态响应能力和最低的IGBT开关损耗，整流侧和逆变侧均采用IGBT模块实现四象限运行，制动时实现能量回馈电网，节省能源消耗。
3 四象限高压变频调速的主要效果
1）节电效果好；电能再生循环利用，四象限再生制动型变频器能够在负力下放时使电能回馈电网，高压变频器每年能为矿提升系统节省电能消耗约20%~30%以上，避免电能以热量的形式耗费，同时也能有效解决变频器温升问题。
2）高压变频器能够做到四象限运行，重点解决了重载下放的问题；副井下放大件时在规定载荷内不用加配重，不会造成过卷（过放）事故。
3）提高电网容量资源利用率；四象限高压变频器采用先进的移相隔离变压器技术和电压源型IGBT逆变技术，克服传统变频器对电网的谐波干扰的同时，主传动系统的功率因素将提高到0.96以上，提高了电网容量资源利用率。
4）四象限高压变频器采用的电力电容；电力电容寿命20年、免维护，低感电力电容漏电流小，耐电压冲击，耐温度，通流能力强。
5）四象限高压变频器控制系统采用矢量控制技术,将电机的转矩电流和励磁电流分离并单独控制，采用速度闭环、电流闭环获得超过直流传动的动态性能，使得转矩得到有效控制，获得优良的调速性能。
4 应用效果
为了降低主井提升机的耗电，减少大型设备用电，也为了适应现代化企业生产的需要，主井提升机安装了两象限高压变频调速装置，运行发现两象限高压变频存在以下问题：
1）两象限高压变频器使用的电解电容寿命3-5年，额定电压低（400V）,电流小，耐高温特性差。
2）两象限高压变频不能解决负力下放问题；主井不能下放大件，箕斗卸煤不净时会造成重斗下放事故。
3）两象限高压变频属于能耗制动，损失电能；整流部分为二极管整流，其不可控，只能将过高的直流侧电压消耗在电阻上，浪费大量电能。
4）两象限高压变频有制动电阻，占地面积大，电阻容易烧坏。
5）在软件方面，整流部分无程序控制，其不可控制。
6）现场环境差；环境温度高，采用的是自然通风，没有有效降温措施，高压变频设备现场灰尘较大，设备没有封闭的空间，这些不利条件加快了电解电容、IGBT等电器元件老化。
7）影响生产；经常由于电解电容和IGBT损坏，变频功率单元无法正常运行，不能保证设备安全运行，严重影响生产。
主井电控系统改造为四象限高压变频调速系统以后，提升机实现了四象限运行，能够做到重载平稳下放，解决了副井不同载荷下放的难题，运行安全稳定、故障率低、基本免维护，技术先进、保护齐全，操作方便，提高了提升机的安全性能。 提高了经济效益，副井是正、负力混合提升，正、负力提升各占50%，采用了再生制动方式的变频器，使提升机在减速段或重物下放操作时变频器能自动转入发电反馈状态，重载下放时电机产生电能，通过变频器将电量回馈电网，节省大量电能，每年节约电能约40万度。
5 结束语
四象限高压变频升级改造后意义重大。 提升机实现了四象限运行，能够做到重载平稳下放，解决了主井重载下放的难题，提高了提升机的安全性能，并且重载下放时能量回馈电网，经济效益和安全效益显著，主井高压变频升级改造成功，为副井正、负力混合提升改造为四象限高压变频提供了借鉴。
作者简介：张敬至（1988.06--）；性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁省铁岭市，学历：本科；现有职称：工程师；研究方向：电气工程。
崔皓淇（1984.08--）；性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁省铁岭市，学历：本科；现有职称：高级工程师；研究方向：电气工程。
作者简介：张敬至（1988.06--）；性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁省铁岭市，学历：本科；现有职称：工程师；研究方向：电气工程。