王學(xué)紅

（山西煤炭運銷集團陽城演禮煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048107）

引言

直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)是目前我國礦用提升機調(diào)速系統(tǒng)主要用到的兩種調(diào)速方式。隨著科技的進步，變頻技術(shù)也在不斷發(fā)展，其中多電平交—直—交型變頻技術(shù)也開始不斷成熟，由于這種變頻技術(shù)的調(diào)速性能非常良好，而礦井提升系統(tǒng)正好需要調(diào)速性能良好的系統(tǒng)，因此在礦井提升機調(diào)速系統(tǒng)中開始大量應(yīng)用這種變頻器。

1 國產(chǎn)礦用提升機電控調(diào)速系統(tǒng)存在的問題

1.1 交流調(diào)速系統(tǒng)存在的問題

繞線電機轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻調(diào)速方式仍然是目前交流單機、雙機拖動提升機系統(tǒng)主要采用的調(diào)速方式，在此調(diào)速方式中存在的問題大致可以分為以下幾種：

1）由于此調(diào)速方式需要把電阻串聯(lián)在轉(zhuǎn)子回路中，這樣會大量浪費能源。

2）由于此調(diào)速為有極調(diào)速，有極調(diào)速很不穩(wěn)定，不平穩(wěn)現(xiàn)象很容易發(fā)生。運行過程中很容易發(fā)生不平穩(wěn)的現(xiàn)象，使得機械產(chǎn)生沖擊。此種調(diào)速系統(tǒng)在啟動時以及切換調(diào)速時沖擊電流都比較大。

3）接觸不良的現(xiàn)象很容易在繞線電機滑環(huán)中發(fā)生，使設(shè)備易發(fā)生故障。

4）此調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)相對較低。

1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)存在的問題

1）直流調(diào)速系統(tǒng)只在小功率提升系統(tǒng)中適用。

2）電刷和換向器是直流電機的兩個主要部件，由于結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，不好制造，相比于交流電機，故障在直流電動機中發(fā)生的次數(shù)更多，這就造成了直流電動機在維護工作上工作量要大于交流電機，會產(chǎn)生很高的維護費用。

3）直流電動機與交流電動機相比不但體積大而且重量也大。

4）由于晶閘管整流設(shè)備是直流調(diào)速系統(tǒng)主要部件，這種晶閘管整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波污染比較嚴重，加之直流調(diào)速系統(tǒng)具有的功率很低，這樣很容易造成“電力公害”［1］。

1.3 交—交變頻調(diào)速裝置

調(diào)速性能好、可實現(xiàn)四象限運行是此類變頻器的主要優(yōu)點，對所用的電機有特殊要求、會在電網(wǎng)中產(chǎn)生嚴重的諧波污染是此類變頻器的主要缺點。由于其功率因數(shù)相對比較低，會嚴重影響到電網(wǎng)上的其他設(shè)備，在使用時功率因數(shù)補償裝置以及諧波控制裝置必須要加裝在此類調(diào)速系統(tǒng)中，這必然會增加系統(tǒng)的總投資。造成系統(tǒng)成本偏高。

2 交—直—交變頻調(diào)速的優(yōu)點

1）由于變頻單元串聯(lián)是主要采用的方式，因此d v／d t很小，不會損壞電機的絕緣部位。

2）由于輸入多重化技術(shù)使其主要采用的輸入方式，所以沒有多余的諧波對污染電網(wǎng)。

3）由于交—直—交變頻器具有較高的輸入功率因數(shù)，所以不會干擾到電網(wǎng)和一些相關(guān)的其他設(shè)備。

3 交—直—交變頻調(diào)速原理

給提升機提供的高壓電源，首先要進行移向和降壓，然后再讓多個IGBT變頻功率單元使用，其中移向和降壓這項工作可以由隔離移向變壓器來完成。此變頻功率單元要為三相輸入單相輸出的電壓源型逆變器，并且最好采用Y形來連接三相，最高輸出相電壓可達到3 480 V，線電壓可達到6 k V。然后再供給連接提升機的高壓電動機，使電機的調(diào)速運行能夠順利實現(xiàn)。

為了可以更好地消除各個單元諧波的產(chǎn)生，使交—直—交變頻器真正地不污染電網(wǎng)，建議采用輸入多重化的方式對變頻器進行輸入，具體可以通過制造一個相位差在變頻器功率單元的二次線圈中。這樣可以真正消除交—直—交變頻器的諧波污染。

多電平移相PWM技術(shù)是變頻功率單元主要輸出技術(shù)，其中多電平移相PWM的實現(xiàn)可通過串聯(lián)6個變頻功率單元在每相中。這樣就使得輸出至電機的電壓波形非常接近正弦波，這種變頻器就不會對相關(guān)電動機有特殊的要求，使得所有煤礦提升機所用的電動機都適用。

為了達到對網(wǎng)側(cè)諧波電流降低的效果，要多重化設(shè)計輸入變壓器。

為了更好地對網(wǎng)側(cè)電流波形進行改善，提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，不用任何的功率補償裝置和諧波抑制裝置，就可以使網(wǎng)側(cè)電能的質(zhì)量很好地滿足供電部門的需求，可以通過采用多級移相疊加的整流方式實現(xiàn)幾十到幾百個脈沖整流效果，這樣便可以對網(wǎng)側(cè)電流的波形進行很好的改善。

輸出側(cè)結(jié)構(gòu)：

每相的各個變頻功能單元相互串聯(lián)后，連接成Y形的三相，使得輸出側(cè)形成一個變壓變頻的高壓輸出，然后再給高壓電動機提供電源。一旦故障出現(xiàn)在某個變頻功能單元時，可以從系統(tǒng)中把出現(xiàn)故障的這個單元的支路拆除，可以在降額的情況下使變壓器繼續(xù)工作，這樣可以使變壓器減低一些不必要的停機，最大限度地減少對生產(chǎn)的影響［2］。

交流提升機全數(shù)字同步電動機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 交流提升機全數(shù)字同步電動機變頻調(diào)速電控系統(tǒng)

以某礦提升機為例，交流提升機電壓6 k V功率475 k W，252 m的井深，13 t為每斗的提升能力，把電阻串聯(lián)在交流繞線電機轉(zhuǎn)子中來調(diào)速是原來的調(diào)速方式，為了節(jié)能和提高其提升能力改造成了變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速，在線監(jiān)測了改造后的變頻運行方式，并對定子線電壓、相電流的波形進行了實時打印，具體如圖2所示。

圖2 定子線電壓、相電流波形

4 改造后的試驗現(xiàn)象和結(jié)果

1）通過觀測發(fā)現(xiàn)上提爬行速度全程為0.45 m／s。

2）全程上提重物的時間由原來的80 s降到了64 s。

3）重物在下放過程中勻速、加速、減速個過程都正常平穩(wěn)。

4）通過重物的上提、下放過程，改造后的變頻提升系統(tǒng)完全能滿足系統(tǒng)運行的需求，并且還可以節(jié)省大量的能量［3］。

5 結(jié)語

高壓變頻器在煤礦提升系統(tǒng)中的應(yīng)用不但能使提升機電控調(diào)速系統(tǒng)更易操控，而且還能為煤礦企業(yè)節(jié)約大量的能量。因此變頻調(diào)速在礦山提升機節(jié)能技術(shù)的改造上，應(yīng)用前景必將十分廣闊。

［1］ 杜文蛟.通用變頻器應(yīng)用中的諧波問題及其應(yīng)對措施［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012，35（7）：52-54.

［2］ 趙龍，任一峰，趙敏，等.礦用提升機的變頻調(diào)速系統(tǒng)研究［J］.煤礦機械，2011（11）：159-161.

［3］ 胡雪梅，王東升.礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)改造設(shè)計研究 ［J］.電機與控制應(yīng)用，2011（12）：61-65.