矿井提升机中变频调速电控技术的应用

[摘 要]矿井提升机是矿山重要的设备，肩负着人员、材料的运输。传统的矿井提升机是使用继电器与接触器控制的，此矿井提升机是使用回路中附加的电阻进行启动、调速的，其缺点是操作复杂、故障发生率高。因此，提升矿井控制系统具有现实意义。根据矿井提升的特点，研制了交直交四象限变频调速系统，介绍了提升系统的构成、控制原理。

[关键词]矿井提升机 变频 调速 矢量控制

中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0233-01

随着电子技术的发展，变频器的性能不断提高。变频调速在不同的负载上节能效果显著，并且具有一定的优良控制特性，因此得到广泛的应用。煤矿生产在安全上面有特殊的要求，变频器在煤矿中的应用起步较晚并且符合煤矿安全要求的变频器种类较少。目前我国使用的提升机大部分是传统的交流电控制，此系统电流冲击大、平滑性差。为了克服传统变频调速的缺点，采用变频相结合的改变定子供电频率，实现了无级平滑调速，使电机处于最佳的运行状态，并且还能够满足特殊的工作要求。变频调速系统将是提升机电控系统发展的方向。

1.矿井提升机概述

矿井提升机是在繁重复杂的环境下工作的设备，它的装置要能够适应频繁的启动、停止等。在提升设备安全下，还能够按照设计提升速度工作。矿井提升系统分为：竖井提升系统、横井提升系统。前者应用于中小型矿井，并且提升能力大。矿井提升是车场与卸载点提升煤炭，下放置运输系统。提升的距离及提升区间都是确定的，并且各个区间的运行速度也是具有一定的规律的。应当注意竖井与横井的提升速度不是不同的。矿井的提升设备有单滚筒提升机、多滚筒提升机。配用电动机功率的不同是由于提升重车与空车同时进行的，两车之间的平衡力不同。中小型矿井通常采用JT型提升机，存在控制设备安装的面积大、不安全等弊端。

2.变频器的应用

在煤矿的提升系统中，大多采用提升方式。在提升的过程中，车的减速由于倾斜力的作用，电动就会进入发电状态，此时可能导致相关的器件得到不同程度的损坏。因此采用变频要达到的目的是：第一，实现平稳加速、减速、提高系统的安全性能。第二，节约能源。第三，使用变频器内置的编程软件实现提升的速度控制，进而减少设备的维修工作。

变频器的容量、电压的选择要按照系统的额定电压、电流值选用。应该注意，变频器的样本中应该给出额定的值作为参考。注意在斜井提升系统中由于装载超重，变频器的选用要放大。在设计变频器的回路时，要满足提升速度要求还要满足提升机的安全控制。通常使用变频器的编程功能使得提升机的速度按照速度图运行。

3.提升变频调速系统的构成与特点

矿井中提升机变频系统通常是由高低压配电、逻辑控制单元、变频调速单元、装载设备、制动装置组成。电机的回路主要包括能量的回馈单元，能够提供控制电源并能够回馈电网。变频调速单元本身具有一定的保护功能。系统中通常是采用测速发电机作为速度的反馈。能量反馈单元采用单元配套的逆变器，当制动或者放下重物的时候，能量回馈到电网。

为电动机供电交直交四象限的整流环节采用的是不可控制的整流电路，中间采用电容作为储能器件。在电动机提速时，电流经过整流桥、逆变环节，完成转换，输出相应的交流电。当电动机减速的时候，会由于负载具有的惯性作用，电动机就会进行发电。此时电动机的能量会使得直流母线的电压变大，为了达到节能的目的会在直流电流的母线上面并联一定数量的回馈器件，将电反回到电网中。回馈器件的组成是三相桥式可控制整流器、输出滤波。二极管通常是隔离二极管，此二极管作用是进行隔离逆变电路与回馈电路。可控制整流器通常是采用电压、电流矢量定向的原理，在回馈的实现中提升电压、电流的恒定，同时使得回馈器件的输出与电网具有一定的相位差，进而实现高功率的控制。

逻辑控制部分采用的是可编程控制器、继电器控制器，作用是使得提升机得到保护。系统的实现中设置冗余配置是为了使得系统受到双线保护。一台构成监控器，一台构成保护系统。两者联系在一起不仅能够保证停车的准确，还能够保证电气制动、报警、终端停车等。系统的安全回路有三套，为继电器安全回路与plc软件安全回路。行程监控会将一些参数与编码器的信号相结合用来逻辑的计算，能够自动的产生提升机所需的信号。为了避免一些机械冲击，要使得控制精度、信号的加速有所提高，进而更好地保证停车点的精度。采用以软件为主的行程处理方式具有一定的灵活性与可靠性，若选择的编码器具有较高的分辨频率，就可以保证定位的精度，并且一些误差能够通过同步开关进行校正。Plc之间是相互独立的，使得监控器的可靠性得到一定程度的提高。

司机操作台能够显示与运行故障状态与提升机的操作控制。其有控制开关、状态指示、回路仪表等构成。司机只有打开控制开关并达到开车的设备与条件后就可进行开车。在司机操作台上安装了多个触屏实现通讯功能，此触屏能够显示提升机的运行状态等画面，能够准确无误的反应提升机的运行参数、状态、故障类型等，司机通过观察这些运行参数就能够对提升机的运行状况有所了解，若发生故障，司机也能够看到故障的类型及位置，能够及时的告知维修人员让故障尽早解决，提升劳动的生产率。

4.系统的优点与性能

中小型矿井采用的是异步电阻调速，此控制系统具有的缺点是静差率大等，在减速或者缓慢运行时，速度的控制性能差，通常会导致停车的位置具有一定的偏差。提升机在启动、制动、调速时，电阻会产生相当大的功耗，进而影响电机的使用寿命。变频调速要采用定子供电频率才能够使得达到电机调速的目的，使用定子供电频率能够使得全频率的控制，实现调速的平稳，并且还具有一定的节能效果。

矿井在减速、放下重物的时候会使得电机处于再生发电的状态。由于二极管不能够控制整流器，产生的电能传到电容上，就会产生电压。如果不及时的释放这部分新能量，就可能会引起变频器受损或者回路功率器件受损。处理这种情况通常采用：以某种形式消耗或者通过能量回馈电路储存起来。前者方法实施简单，但是会浪费能源，长期采用此方法还会产生副作用，可能会使得整个系统不稳定。后面的方法能够有效地将能量送回到电网中，节能的效果明显。能量回馈流动的优点有：第一，变频调速系统能够四象限运行。第二，产生的新能量能够得到回收，提高了系统的效率。第三，系统的安全性能得到提高，在一定程度上减少了维护的工作量。第四，完善了提升机的效果，实现了快制动与频繁制动。

5.结束语

我国的产煤量较大并且又是资源缺乏的国家之一，因此，要探索出一条低能耗的新路是比较明智的，通过上面的叙述可见使用变频技术进行节能改造的潜力是巨大的。传统的提升机电控系统采用plc与变频器的整合，使用了少量的继电器、调速电阻，使故障的发生率减少，还能在一定程度上面实现节能。采用plc软件编程使得速度稳定，还能够自动或手动调速，具有较大的灵活性能，而且还便于操作。系统还使用了同步开关，使控制精度得到提升。当今社会交重视节能环保，变频器将会得到广泛的使用，在各种的调速方案中，具有能量回馈的交直交四象限变频方案会得到更多人的认可。交直交四象限将凭借其具有的功率高、维护简单、调速性能优良、节能效果明显成为矿井提升机电控系统的首选。

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