浅谈变频器在煤矿提升设备中的应用

摘要：变频器进入实用期已经有二十多年的历史了。在此期间作为变频器技术基础的电力电子技术和微电子技术都经历了飞跃性的发展。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器首先在冶金、电力、石化、供热和民用风机水泵的控制领域得到广泛的应用。

关键词：变频器；变频调速；交流变频

中图分类号：TN77文献标识码： A

由于煤矿生产的特殊环境和安全上的特殊要求，变频器在煤矿的应用起步比较晚。目前还很少有符合煤矿安全要求的隔爆型变频器产品。随着我国市场经济的深入发展，煤矿的增产、降耗、提效被提到了重要地位，设备节能改造势在必行。变频调速在煤矿提升设备上的应用并取得了较好的效果。

在煤矿斜井提升系统中，多使用单绳单钩提升方式；在这种提升过程中，下放串车减速时，由于负载的倾斜分力的作用，电动机可能进入发电状态;电动机发出的交流电，经过逆变装置中续流二极管整流叠加到变频器的直流母线上，使母线电压产生“泵升”电压;母线电压的升高，将对蓄能电容器和电气元件造成损坏;为保证变频器的安全，通用型变频器是将这部分电能通过“制动电阻”转变成热能消耗掉，提升机专用型变频器是将这部分电能通过专用逆变电路反馈给电网。

一、煤矿提升机选用变频控制要达到的主要目的是：

(1) 实现无级平稳加减速, 提高提升系统的安全水平；

(2) 节约电能；(3) 用变频器内置的编程软件替代继电器实现提升速度控制, 减少设备维修工作量。

二、提升机变频调速节约电能主要从两方面考虑

一是取消了“调速电阻”，节约了调速运行时电阻的热损耗； 其二是矿车下放减速时, 电动机短时间发电运行, 反馈给电网的电能。 在变频器选型时，应该首选具有电能回馈功能的提升机专用变频器。提升机专用变频器的售价要比通用型变频器高一些。

为了降低工程造价, 也可以选用通用变频器+制动单元的配置方案。具体选用哪种方案, 要经过技术、经济比较后确定。变频器的额定容量、额定电压的选择，要按系统的额定电压和电动机额定电流值选用；要注意，变频器样本给出的额定电流值和适配电动机功率，是按4极电动机的技术数据设计的；同样功率的6、8极电动机的额定电流要比4极电动机的额定电流大；提升机应选用重载型变频器。斜井提升系统有时因车内装载煤量超重或车皮掉道等原因造成提升机超载；因此，变频器选型时要放大一级。

从已经进行变频改造的矿井提升机的运行情况看，提升机变频控制比磁力站控制的优点是：司机操作简单方便;提升机加减速稳定无冲击，设备故障率低，维修量减少，维修费用降低;在经济方面，节能效果显著，节能率在15-30％左右。

三、在小型竖井箕斗提升系统中，利用变频器的简易PLC编程功能, 实现提升机自动运行控制是很方便的。

矿井提升设备是沿井筒提升煤炭、矿石、升降人员和设备、下放材料的大型机械设备。它是矿山井下生产系统和地面工业广场相联接的枢纽，是矿山运输的咽喉，因此，矿井提升设备在矿井生产的全过程中占着极其重要的地位，其安全可靠尤为突出。在矿井生产过程中，如果提升设备出了故障，必然造成停产。轻者，影响煤炭产量，重者，则会危及人身安全。

此外，矿井提升设备是一大型的综合机械电气设备，其成本和耗电量比较高，所以，在新矿井的设计和老矿井的改建设计中，确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件，保证提升设备在选型和运转两个方面都是合理的，即要求矿井提升设备具有经济性。

四、传统的提升系统中，电机的调速方式为电机转子串电阻分级调速。

随着电力电子技术的发展，电机转子串电阻分级调速的方式其弊端越来越明显：

第一、控制精度差。采用电机转子串电阻调速，属于有级调速，在不同速度段的切换中存在速度跳跃，其控制比较粗糙，定位不准确。

第二、工作可靠性不高。由于在电机转子侧串接的电阻很多，而在分段调速过程中通常采用接触器短接上一级电阻，接触器的寿命主要体现在它的机械部份的寿命，众所周知机械部分的寿命比电子式的寿命要短许多，有时因电流过大，致使接触器的触点粘在一起，无法实现切换，从而造成超速等事故发生，严重影响系统工作的可靠性。

第三、维护工作量大。由于采用接触器对电阻进行分段切换，因此必须经常对接触器进行维护，大大增加了维护人员的工作强度。

第四、耗能。电机转子串电阻调速是一种转差功率消耗型的调速方式，在整个调速过程中，大量的电能被消耗在电阻上，非常不经济。

第五、稳定性较差。电机转子串电阻调速，当在低速段运行时，稳定性差。因为转速越低，特性越软，负载转矩波动时，引起的转速变化越大，使运行稳定性差。

随着电力电子技术的发展和变频技术的成熟，国家明文规定，在提升较车系统中，推荐使用交流变频调速器。

六、采用交流变频大调速器对提升绞车进行驱动具有如下优势：

第一、控制精度高。通常变频器都采用磁通矢量控制，使得交流电机的调速性能与直流电机几乎相等，控制精度非常高。

第二、工作可靠性高。变频器采用的是电子器件，寿命长，且具有完善的保护功能，用于提升绞车控制时，其可靠性很高。

第三、基本无维护工作量，减低了维护人员的工作强度。

第四、调速范围宽广，属于无级调速，低速时稳定性好。

第五、节能。变频器属于转差功率不变型的调速方式，在整个调速过程中其节能方式表现为两个方面：

1、提升状态的节能

当提升绞车处于向上提升状态时，电机工作于电动状态，由于提升绞车属于恒转矩负载，其转速降低多大比例节能就为多大比例。

2、下放状态

当提升绞车处于下放状态时，此时电机工作于发电状态，将势能转化为电能。如果变频器采用的是能量回馈型变频器，变频器将会把这种电能回馈回电网。

七、结束语

煤矿企业中有许多提升绞车，采用变频改造后，其节能效果将十分明显，现在，许多新上的绞车系统均已采用变频驱动。目前，变频器在煤矿的应用主要还是集中在皮带机和提升机上。随着技术的发展，相信变频技术将象国外发达国家一样在煤矿得到广泛应用。