杜政委

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭前灣煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042103）

引言

傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)調(diào)速方法比較落后，存在無法控制機(jī)械設(shè)備速度的問題，導(dǎo)致其最終的運(yùn)行效果不佳。而在該種技術(shù)支持下的提升機(jī)運(yùn)行速度單一，不能夠以多種速度形態(tài)運(yùn)行，所能夠負(fù)載和工作的環(huán)境受到限制，經(jīng)常會(huì)因?yàn)樗俣仁Э囟l(fā)生安全事故。在電氣傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的今天，變頻調(diào)速技術(shù)也已經(jīng)取得了突破，人們將該種技術(shù)運(yùn)用到提升機(jī)的變頻調(diào)速裝置當(dāng)中，利用該種裝置的設(shè)計(jì)來穩(wěn)定提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，提高提升機(jī)的安全施工水準(zhǔn)。

1 案例分析

1.1 副井提升電控系統(tǒng)分析

某礦業(yè)公司在進(jìn)行礦井工程時(shí)所采用的提升電控系統(tǒng)主要是采用了交流環(huán)繞線形式的電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻進(jìn)行調(diào)速，而該系統(tǒng)該包含了華飛公司生產(chǎn)的型號(hào)為JTDK-ZN的交流提升電控裝置以及型號(hào)為CC5-150N/63的高壓低頻換向裝置。但經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用了解到，該副井提升系統(tǒng)存在非常明顯的缺陷，其在提升的高度上達(dá)到了234.8m，速度也達(dá)到8.1m/s。

從上述副井提升電控系統(tǒng)的情況來看，按照煤礦的安全規(guī)定規(guī)范，該系統(tǒng)存在一定的安全隱患，主要體現(xiàn)在該系統(tǒng)啟動(dòng)一級(jí)停止時(shí)，其沖擊力過大，當(dāng)速度發(fā)生變化以后，其切換的過程可能出現(xiàn)失控，超出預(yù)期的速度[1]。而根據(jù)對(duì)該系統(tǒng)的了解，系統(tǒng)還存在故障警報(bào)提示不健全的現(xiàn)象，系統(tǒng)當(dāng)中的裝置部分服務(wù)時(shí)間已經(jīng)非常長，一些零件已經(jīng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，容易發(fā)生故障，需要花費(fèi)大量的精力維修。

1.2 技術(shù)改善目標(biāo)及要求

對(duì)于煤炭企業(yè)來講，提升機(jī)是生產(chǎn)煤炭時(shí)所用到的關(guān)鍵性設(shè)備，尤其是在副井提升方面，需要提升相關(guān)的工作人員和材料，承載的重量變化比較大，被用于多種工作環(huán)境中，承擔(dān)多種形態(tài)的重量。如果在煤炭生產(chǎn)中，提升機(jī)出現(xiàn)故障，無法正常運(yùn)作，會(huì)造成安全事故或者是為煤炭企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了避免上述所出現(xiàn)的提升機(jī)問題，煤炭企業(yè)積極與電氣企業(yè)進(jìn)行合作，通過技術(shù)轉(zhuǎn)變，研制適合煤炭企業(yè)的高壓調(diào)配變速裝置，將其安裝到提升機(jī)當(dāng)中，促使提升機(jī)可以被運(yùn)用到惡劣的環(huán)境中，也能夠進(jìn)行四象限運(yùn)行，還能夠做到能量回饋，讓加速、變頻都符合設(shè)備運(yùn)行要求。

本次設(shè)備研制的主要技術(shù)就是利用提升機(jī)原有的電控系統(tǒng)及其電動(dòng)機(jī)裝置，將其中增加新研究的高壓變頻調(diào)速裝置，利用該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的調(diào)速控制。而在該裝置的輔助下，提升機(jī)能更好地切換工作模式，滿足不同礦井的工作環(huán)境以及提升機(jī)所需要符合的各種重量，也能夠符合國家煤礦安全要求，保障礦井工作的安全穩(wěn)定。而先進(jìn)的技術(shù)被運(yùn)用到該電力系統(tǒng)當(dāng)中，替換了原本老化的零件，減少了需要維修的部位，能量反饋裝置還能夠做到節(jié)能降耗[2]。本次運(yùn)用的關(guān)鍵性技術(shù)就是矢量控制技術(shù)。

2 礦井主提升機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置的設(shè)計(jì)及在某礦的應(yīng)用

2.1 工作原理

2.1.1 適量控制技術(shù)

在型號(hào)為HIVERT-YVF的高壓變頻器當(dāng)中加入了可以控制速度的矢量控制技術(shù)。而該技術(shù)主要對(duì)轉(zhuǎn)子磁場的定位坐標(biāo)中的電機(jī)定子進(jìn)行了分流分解，從而轉(zhuǎn)化為了勵(lì)磁電流以及部分的轉(zhuǎn)矩電流。變頻器中為了維系勵(lì)磁電流的狀態(tài)，將會(huì)控制其中的轉(zhuǎn)矩電流從而控制好電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。如果該高壓變頻器在實(shí)際的運(yùn)行過程中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)預(yù)測了轉(zhuǎn)速，但該轉(zhuǎn)速卻與實(shí)際的轉(zhuǎn)速不符，那么變頻器將會(huì)利用PID將這種差值逐漸轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩電流。在矢量控制技術(shù)下，將轉(zhuǎn)矩電流轉(zhuǎn)換成為電機(jī)三相給定電流，生成三相驅(qū)動(dòng)的信號(hào)。如圖1所示。

圖1 控制原理圖

2.1.2 主電路

HIVERT系列的高壓變頻器主要是采用了交流電轉(zhuǎn)為直流電然后再轉(zhuǎn)為交流電的直接高壓電流的方式，變頻器當(dāng)中的主要電路開關(guān)為IHBT，而受到該電路開關(guān)的耐壓性限制，無法直接輸出6 kV或者是10 kV的電壓。該開關(guān)的頻率比較高并且?guī)缀鯚o法均壓，該種情況導(dǎo)致變頻器的主電路無法直接進(jìn)行串聯(lián)[3]。該型號(hào)的變頻器主要是利用功率單元串聯(lián)的形式來完成，再經(jīng)過疊波生涯以后，其能夠更加?jì)故斓睦贸鹤冾l器，從而提升主電路串聯(lián)的可能性，如圖2所示。

而該種狀態(tài)下的隔離變壓器具有免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，其使用壽命更長。受到功率單元串聯(lián)的形式會(huì)促使電源變壓器出現(xiàn)相位差的影響，單個(gè)功率所引起的諧波電流大部分被消除掉，而該種變頻器的諧波電流將會(huì)小于國家所要求的5%標(biāo)準(zhǔn)，能夠最大限度接近1輸出功率因數(shù)。

圖2 主電路圖

高壓變頻器的輸出電壓主要是在三相輸入與單相輸入的低壓功率經(jīng)過串聯(lián)之后得到的。而在變頻器額定輸出電壓為580 V的情況下，利用單元六個(gè)串聯(lián)的形式連接主電路，產(chǎn)生3 450 V的相電壓，如表1所示。

表1 變頻器功率單元配置

2.2 系統(tǒng)配置

為了促使高壓變頻調(diào)速的相關(guān)裝置更加完善，技術(shù)人員在研制該高壓變頻器的時(shí)候還將數(shù)字技術(shù)融入到設(shè)計(jì)當(dāng)中，利用其中1臺(tái)高壓變頻裝置作為主要的驅(qū)動(dòng)裝置，再安裝各個(gè)類型的傳感器用于采集設(shè)備運(yùn)作時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，而主控臺(tái)則負(fù)責(zé)調(diào)配工藝的標(biāo)準(zhǔn)并且下達(dá)保護(hù)指令。整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，關(guān)于變頻調(diào)速方面的設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的相關(guān)設(shè)備都會(huì)包含在內(nèi)，并且可以相互之間進(jìn)行切換，從而確保該系統(tǒng)更加便于維修、運(yùn)行更加安全可靠。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益

上述研制出的高壓變頻調(diào)速裝置在制造成功以后，積極參與到各項(xiàng)試驗(yàn)當(dāng)中，并且在煤礦產(chǎn)業(yè)的某礦井停工以后，及時(shí)安排時(shí)間進(jìn)行了安裝，在現(xiàn)場的調(diào)試和設(shè)備運(yùn)作中，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備能夠滿足各種工況條件，所達(dá)到的技術(shù)效果比較突出。該設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中，最大頻率能夠達(dá)到46.66 Hz，最大的轉(zhuǎn)速也達(dá)到了7.6 m/s，該數(shù)據(jù)能夠符合國家煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)，消除了原本老設(shè)備的安全隱患。而利用該種設(shè)備運(yùn)作的提升機(jī)，能夠快速的完成速度調(diào)控，精準(zhǔn)度較高，降低了調(diào)速過程中的沖擊力度，減少了設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中的安全隱患。

3 結(jié)語

在高壓變頻器的研制方面，需要用到很多現(xiàn)代化控制技術(shù)，在矢量控制技術(shù)的支持下，新的提升機(jī)設(shè)備不僅具有了在各種工況下都能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，還能夠保障對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，適當(dāng)節(jié)約能耗。而在提升機(jī)提升速度或者是提升重物的情況下，還能夠獲得能量回饋，同時(shí)確保了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]張立，李雙六，劉法允，等.IGCT在礦井提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2012，33（4）：190-191.

[2]郭文，黃光亮.高壓變頻調(diào)速裝置在葛店煤礦主提升機(jī)中的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械，2011，39（9）：130-131.

[3]陳涌，沈立明.礦井主提升機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置技術(shù)運(yùn)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（1）：143.