浅析高压变频器在副井提升机上的应用

【摘 要】高压变频调速是用高压交流变频器直接驱动鼠龙式异步电动机，具有结构简单，调速特性好，调速精度高，响应速度快，可以准确制动和精确定位，节能效果明显，是矿井提升的首选方案。

【关键词】高压；变频器；煤矿；提升；节能

1.引言

早期煤矿提升机电气系统大部分采用转子串电阻调速方式，但其技术相对落后，能耗过大，结构复杂，故障率高；也有用直流调速的，直流调速性能较好，但由于直流电机结构复杂，功率范围受到一定限制，运行维护费用高昂；变频调速作为一种新型的调速方式，是用交流变频器直接驱动鼠龙式异步电动机（或将转子短接的线绕式交流电机），结构简单，运行可靠、调速精度高、动态响应快，还要求可以精确定位，因此已作为矿井提升的首选方案。

萍乡矿业集团青山煤矿副井提升系统，提升高度为367m、提升速度为5.5m/s、供电电压为6KV，提升电机为线绕式三相异步电动机，采用转子串电阻调速，电机功率为475KW，定子电压为6kV、定子电流为56.9 A、额定转速为741r/min。此系统在2011年已经改造，改为高压变频器驱动电动机，于2011年12月完成，已运行两年，性能稳定，节能效果非常明显。

2.改造前后两种调速系统的比较

2.1青山煤矿原调速系统简介

萍乡矿业集团青山煤矿副井提升系统原采用绕线式异步电动机，转子串电阻调速。这种调速方式控制复杂，调速电阻、接触器、绕线电机电刷等容易损坏；而且这种调速方式速度控制性能不好，不能精确定位；提升机启动和制动频繁使得在这种调速方式产生相当大的损耗；调速电阻分级切换，实现的是有级调速，设备运行不稳定，引起机械冲击及电气冲击。所以设备的故障率高，严重影响生产效率。

2.2高压变频系统简介

高压变频器就是通过改变输出电流的频率来改变电动机的转速的，但它是采用先进的功率单元串联叠波技术，是一种串联叠加性变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联输出，最后输出电压和频率都可调的高压交流电。高压变频器由主电路和控制系统两大部分构成。

主电路由6kV电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，相邻功率单元的输出端串联起来，形成Y接结构，实现电压和频率可调的高压直接输出，供给高压电动机。控制系统由控制器、I/O板和人机界面组成。控制器主要用于实现开环或闭环控制、快速保护及网络控制等功能；I/O板实现控制器和功率部分的连接；人机界面实现人机对话。

高压变频器操作简便，运行可靠，性能优越。可应用于需要带能量反馈、四象限运行、低速运行转矩大、动态响应快等高精度场合。既可用于新矿井安装，也可用于老矿井的改造。

3.系统改造方案及现场应用情况

3.1系统改造方案的确定

由于萍乡矿业集团青山煤矿副井原来的提升系统是串级调速，为了减少改造经费，经过多方考察，该矿的副井提升机改造变频部分决定选择华飞电子电器股份有限公司生产的GBP-H-06/500型高压变频调速装置，其主要性能参数如表1所示。

3.2运行效果的测试

系统改造于2011年12月完工，为检验变频系统的性能，在调试阶段进行了爬行速度试验、空载试验、重载试验测试。

（1）爬行速度试验：爬行全程速度为0.5m/s，运行平稳。

（2）空载试验：全速提升或下放过程中，起车加速、匀速、减速、爬行等各个阶段运行良好。速度控制的各个阶段运行平稳。

（3）重载试验测试：

1）上提：重载时在井口上提爬行速度约为0.4m/s。重物上提速度为5.5m/s（频率为49.8Hz）。重载上提全程运行时间由通常负载的114s增加到120 s。原因是低速爬行速度在重载条件下，爬行速度有所下降，造成运行时间比常规提升重量状态下运行时间有所增加。

2）下放：整个下放过程包括低速爬行、加速、匀速、减速都很正常，符合拖动要求。

通过运行测试，虽然提升状态下运行时间有所增加，但高压变频器运行更平稳、控制更精确，可以满足系统设计提升力矩的要求。

4.应用效果

该矿在副井提升系统使用了高压变频系统以后，已经运行了两年，效果良好，产生了很好的效益，效益分为经济效益和社会效益两个方面。

4.1 经济效益

（1） 在原有系统中，虽然使用了低频拖动系统，也使用了能量回馈技术，但是，电机使用串级调速以及电机功率因数低两方面原因还是造成了电能的大量浪费。使用高压变频系统以后，比原低频拖动系统电能损耗还要低，经统计，在提升量和以往相比变化不大的情况下，副井从2011年12月至2013年12月，平均电耗为5.97万kw.h/月，相比往年8.385万kw.h/月降低了 28.8%。

（2） 原提升系统的停产检验及周检、月检既费工又费时，严重影响生产效率。在出现系统故障时，判断维修时间长，使用新系统后，由于GBP-H-06/500型高压变频器的均匀无故障时间为20多年，大大降低了维修量，即使出现问题，模块化的备用功率单元更换只需10多分钟，可以立即投入使用，大大缩短了维修造成的停机时间。

（3） 高压变频器通过无级调速连续改变电源的频率，实现电机的软启动，大大减小了启动电流对轴承、电机本身以及减速器的冲击，延长了设备的使用寿命。

4.2 社会效益

（1） 高压变频器的谐波成分小，功率因素可以达到0.95以上，比原系统提高了0.15以上，使电机工作时对电网产生的污染大大降低，改善了对电网环境的影响。

（2）使用高压变频器后，节约了电能，为创建节能环保型社会、为经济的可持续发展做出了巨大的贡献。

5.结束语

萍乡矿业集团青山煤矿副井提升系统经过变频技术改造后运行稳定，调速精度高，功率因素高，噪声污染减小，操作方便，更重要的是绞车运行可靠，而且节能效果明显，副井提升的吨煤能耗下降近30%。事实证明高压变频系统有着无法比拟的优越性能和无法超越的技术领先优势，在煤炭行业的节能改造中能够创造巨大的经济效益和社会效益，对于创建节能环保型社会发挥着非常重要的作用。

参考文献：

[1]GBP-H系列高压变频器使用说明书.

[2]曹大鹏《矿井提升机交-直-交可逆调速系统的研究》安徽理工大学.

[3]赵树国、郭培彬《高压变频调速器在矿山提升机上的应用》变频器世界，2008年第12期.

[4]罗道明《高压变频器在煤矿主井提升机改造中的应用》 《中国煤炭》， 2009年08期.

[5]叶予光，梁南丁《矿井交流提升系统中电控系统的应用与研究》煤矿机械.

作者简介：

贾彬、男、1982年3月出生、矿山机电专业、助理工程师。参与萍乡矿业集团白源煤矿和青山煤矿提升电控设备的改造。