高压变频器在煤矿提升机上的应用

摘要:田陈煤矿副井提升机负责全矿的人员和物料的提升，原电控系统采用的是交流提升机电控系统，采用串电阻调速方式，故障率高，耗电量大，且对工作人员的工作环境产生不利的影响。田陈煤矿通过对副井绞车电控系统改造，使绞车的电控系统使用高压变频装置，绞车拥有转速启动功能，实现电机在旋转中再启动，且有充足的过载能力，工作可靠、安全，低速爬行平稳，转速精度高，加速曲线直、不抖动，减速能量回馈，较好的节电效果。

Application of High Voltage Frequency

Converter in the auxiliary shaft hoist

Abstract: Tian Chen coal mine auxiliary shaft hoist is responsible for all personnel and materials to enhance the original electronic control system uses AC hoist control system, using the series resistance speed control mode, failure rate, power consumption, and work staff adversely affect the environment. Tian Chen through the auxiliary shaft mine winch electric control system, so that the winch system uses high frequency electronic control gear, winches have speed start function, the motor in the rotation and then start, and there is plenty of overload, reliable, safe, slow speed steady speed, high precision, acceleration curve straight, do not shake, slow energy feedback, better energy-saving effect.

关键词:变频器；变频调速；提升机

中图分类号：TN77文献标识码： A

Keywords:frequencyconverter;speedgoverningwithfrequencyconversion;hoist

前 言

矿井提升机是在繁重而又复杂的条件下进行工作的设备，因此要求提升机的拖动装置能适应频繁启动、停止、调速及换相，并能实现重载启动。为了实现矿井提升机无级平稳加、减速，提高提升系统的安全水平并达到节约电能的目的，矿用提升机选用变频控制技术，取消“调速电阻”，节约调速运行时电阻的热损耗，在绞车下放减速时，电动机短时间发电运行，并能把电能反馈给电网。另一方面，用变频器内置的PLC编程软件替代继电器可实现提升速度控制，减少设备维修工作量，降低维修费用，节能效果显著（节能率在15%～30%）。田陈煤矿副井提升机担负着全矿人员、物料的提升，在煤矿生产中起着举足轻重的作用，是至关重要的大型固定设备，需长期、连续、可靠、安全地工作。为此，全新的变频调速系统，完全满足了上述工艺要求，保证提升机安全、高效经济运行，对煤矿安全生产起着十分重要的作用。

一、高压变频器的控制原理

变频器采用功率单元串联叠波、矢量控制、有源逆变能量回馈技术，可应用于四象限运行或需求快速制动、快速动态响应、低速大转矩，控制精度高的场合。其控制原理如图如下：

矢量控制技术的出现使变频器具有更好的运行特性，全数字化控制，功率部分采用IGBT的电压源型交流变频传动装置。它为传动系统带来更好的动态响应，更高的控制精度，更高的可靠性，同时也提升整体效率。

高压变频器通过矢量控制系统的解耦，速度给定（频率给定）ωr*与速度反馈ωr相减得出速度误差，速度误差经PI调节后输出转矩电流给定iqref，idref励磁电流给定是根据系统的动态需要进行调整其值根据不同的电机和负载得出的经验值，电机三相电流反馈ia、ic、ib（为ia与ic之和求反）经传感器采样，然后再根据转子位置电气角度θ进行Clarke变换，变换后输出ialpha、ibeta，ialpha、ibeta经Park变换输出id、iq，id、iq值与给定值iqref，idref求误差，进行PI调节后输出Vsqref、Vsdref，Vsqref、Vsdref和转子位置电气角度θ经过Park逆变换输出Valpha、Vbeta，Valpha、Vbeta经过Clarke逆变换输出电机定子三相电压Va、Vb、Vc值，三相电压Va、Vb、Vc值作为PWM（脉宽调制）的比较值比较输出PWM波形到逆变器然后驱动电机旋转。

二、原理与效益分析

根据电磁感应原理得知，电动机的一个重要特征是它的转速与电源频率之间的关系，其关系式为

n=60（1-S）f/p

式中n―――转子转速，r/min；

S―――转差率；

f―――电源频率，Hz；

p―――电机极对数。

当电网频率一定，电动机极对数一定时，频率与转速成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变绞车的速度。

根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率，这样可以根据负载的变化调节电机的输出功率，达到节能和提高电网功率因数的目的。

且变频器运行不存在反复加电操作，对设备没有电气冲击。

通过一段时间的运行测试，提升机电流由原来的平均28A下降到现在的平均23A，节能效果相当显著，并且变频器技术性能完全满足提升机运行工艺要求，根据电度表测定，副井提升机电耗下降17%左右。

副井提升机采用高压变频器后收到以下明显效果：

①电能消耗明显下降，改造后电耗比改造前平均下降了约17%；

②系统维修量和维修费用大幅度减少；

③人员和设备工作条件得到改善。

三、故障检测与处理

1、故障显示：

在人机界面的常态界面下，液晶屏幕左上角的系统状态显示了当前故障类型，例如：单元故障、变压器过热、参数错误等。

2、常见故障处理与维修

副井提升机高压变频器具有完善的故障监测和保护功能。按故障严重程度分为轻故障、重故障两类，发生故障时有报警输出。轻故障时仅发出报警，系统可以正常上高压、启、停及运行；重故障时，系统不仅发出报警，还会输出重故障信号用以立即分段高压电源，并保存故障信息。

（1）轻故障分类与报警

轻故障时，系统发出报警，故障指示灯闪烁。轻故障包括：

①变压器超温报警；

②柜温超温报警；

③柜门打开；

④柜顶风机故障；

系统对轻故障不作记忆处理，仅有故障指示，故障消失后报警自动解除。

变频器运行中出现轻故障报警，系统不会停机。停机时出现轻故障报警，变频器可以继续启动运行。

（2）轻故障分类与报警

系统发生下列故障时，按照重故障处理，并在监视器左上角显示重故障类型：

①外部故障；

②变压器过热；

③单元故障；

④变频器过流；

⑤高压失电；

⑥接口板故障；

⑦控制器不通讯；

⑧接口板不通讯；

⑨电机过载；

⑩参数错误；

11主控板故障；

12柜温过热；

单元故障包括：缺相故障（熔断器故障）、过热、驱动故障（IGBT故障）、光纤故障、单元过压。

重故障发生时，系统发出故障指示，同时发出指令去分断高压、合闸禁止，并对故障信息、高压分断指令作记忆处理。重故障状态不消除，故障指示、高压分断指令依然有效。

外部故障必须先解除高压分断（柜门按钮或外部接点）状态再系统复位，才能使系统恢复到正常状态；除外部故障以外的重故障发生后，直接系统复位即可使系统恢复到正常状态，但在再次上电前一定要找出故障原因。单元故障发生后，只有再次上高压电源方能监测到单元状态。

四、结束语

变频技术是一门新兴的电力电子技术，正在向高性能、高精度、大容量、数字化、智能化方面发展，随着电子技术的飞速发展，一些高可靠性、性能优异的变频器还将不断涌现，并在节能方面显示出惊人的成就。因此，在煤矿生产中，大力推广变频调速技术，不仅是“十二五”期间企业节能降耗的重要技术手段。也是实现经济增长方式转变的必然要求，对提高煤矿机电设备技术含量和企业的经济效益具有现实的意义。

参考文献：

[1]煤矿安全规程，2003.

[2]北京合康 高压变频器用户使用手册，2011.