陳和 陜西陜煤蒲白礦業(yè)有限公司煤礦運(yùn)營(yíng)公司

現(xiàn)階段在煤礦主提升機(jī)使用過程中，其中較多采用交-交變頻系統(tǒng)，當(dāng)前該系統(tǒng)得到了較大范圍的使用，但是從具體使用中可看出，在電網(wǎng)中會(huì)有諧波出現(xiàn)，導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈振，對(duì)礦井安全生產(chǎn)帶來的威脅較大，而選擇使用高功率電勵(lì)磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)煤礦主提升機(jī)工作效果的較好優(yōu)化，有效增強(qiáng)煤礦企業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

一、當(dāng)前煤礦主提升機(jī)變頻調(diào)速控制面臨的突出問題

現(xiàn)階段，在我國(guó)的電力傳動(dòng)研究中，現(xiàn)在使用較多的是二極管嵌位型三電平功率變換器，這種變換器的內(nèi)部使用的形式主要為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在很多情況下，相對(duì)于當(dāng)前高效礦井的建設(shè)表現(xiàn)出較大的不適應(yīng)性，提升機(jī)內(nèi)的電力傳動(dòng)系統(tǒng)表現(xiàn)出兩個(gè)突出的問題：一方面，當(dāng)前國(guó)外煤礦使用的提升機(jī)，開支使用交流電-直流電-交流電的三電頻變頻技術(shù)，雖然該種技術(shù)效果相對(duì)較好，但是總體造價(jià)也高，相對(duì)于當(dāng)前煤礦發(fā)展的形式表現(xiàn)出較強(qiáng)的不適應(yīng)性。另一方面，國(guó)內(nèi)煤礦已經(jīng)經(jīng)歷了較多年的開采，資源枯竭問題明顯，很多煤礦已經(jīng)進(jìn)入到深部開采的階段，且仍舊有著向深部發(fā)展的趨勢(shì)，這就對(duì)機(jī)電設(shè)備功率提出了更高的要求，例如，需要使用大功率膠帶機(jī)、立井提升機(jī)等，但是選擇使用兩電平變頻器功率相對(duì)不高，多數(shù)均能夠達(dá)到500KW，相對(duì)于實(shí)際需求表現(xiàn)出較大的差別。

二、煤礦主提升機(jī)變頻調(diào)速控制關(guān)鍵技術(shù)

（一）二極管箝位型三電平功率變換器關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前，高頻設(shè)備能耗在很大程度上已經(jīng)成為一種必然，二極管箝位型三電平功率變換器的內(nèi)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1所示，該種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在大功率領(lǐng)域與高電壓的消耗領(lǐng)域已經(jīng)成為主流產(chǎn)品，從該產(chǎn)品使用到大功率的方面來看，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

從該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的使用情況來看，在進(jìn)行整流之前，可選擇使用變換器系統(tǒng)，在具體操作網(wǎng)絡(luò)側(cè)電流時(shí)，與整個(gè)系統(tǒng)并聯(lián)的電容器，能夠輸出包含有五個(gè)階的電流、電壓，整體的畸變率非常低，動(dòng)靜態(tài)性能也相對(duì)較高，產(chǎn)生的噪音也相對(duì)較低。

（二）母線工藝技術(shù)要點(diǎn)

在變頻調(diào)速控制中，選擇使用母線時(shí)，若材質(zhì)為銅線或者選擇的是PET絕緣紙，則在進(jìn)行硫化之后，可進(jìn)行無塵封裝，可以將其中存在的電感，特別是較為雜散的電感有效控制到最低，對(duì)于功率器件開斷瞬間中可能出現(xiàn)的反電勢(shì)也可實(shí)現(xiàn)較好控制，也有利于對(duì)功率器件進(jìn)行選擇。從當(dāng)前這種技術(shù)的使用情況來看，功率單元使用效果明顯提升，母線在使用時(shí)也表現(xiàn)出更長(zhǎng)的壽命。

（三）直流測(cè)支撐電容關(guān)鍵技術(shù)

選擇使用電力電子專用干式薄膜電容器，該種電容器的主要技術(shù)特點(diǎn)是工作條件相對(duì)較寬，整體的電流也相對(duì)較大，也可以去的高紋波的效果，從具體使用情況來看，使用的壽命超過了20萬個(gè)小時(shí)，整個(gè)電容的體積也相對(duì)較小，在進(jìn)行拆卸時(shí)較為方便，維護(hù)也非常便捷。

圖1 二極管箝位型三電平功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

（四）變頻器保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

為了更好提升變頻保護(hù)效果，在變頻調(diào)速控制中，將原有的變頻器保護(hù)技術(shù)作為基礎(chǔ)，向其中加入零序電壓保護(hù)技術(shù)、下母線過壓保護(hù)技術(shù)、母線電壓傳感器校驗(yàn)保護(hù)等，通過多層保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，較好提升變頻調(diào)速控制技術(shù)效果，更好保證了機(jī)械設(shè)備使用的安全性。

（五）減少換流回路寄生電感技術(shù)要點(diǎn)

從主提升機(jī)變頻調(diào)速功率變換器的換流情況來看，電路中包含的寄生電感側(cè)會(huì)導(dǎo)致瞬時(shí)翻轉(zhuǎn)電壓，對(duì)功率器件正常使用帶來的影響較大。在出現(xiàn)了電壓過高的問題時(shí)，容易導(dǎo)致元器件損害，還會(huì)有電磁干擾的問題出現(xiàn)。在高功率環(huán)境下，寄生電感所產(chǎn)生的能量在進(jìn)行換向時(shí)，整體是相對(duì)較高的，若不能通過吸收電路的方式來對(duì)電壓進(jìn)行抑制，則需要頻率相對(duì)較高的電容器對(duì)電能進(jìn)行吸收。所以，在進(jìn)行高功率的具體轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)電壓進(jìn)行限制最為有效的方法就是最大限度的降低整流電路中包含的寄生電感。在對(duì)大功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，選擇使用圖2的方式進(jìn)行堆疊母線連接，取得的效果相對(duì)較好（見圖2）。

圖2 疊層母線示意圖

（六）直流制動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)

在提升機(jī)重車運(yùn)行的過程中，變頻器從高速平滑的方式降低速度，選擇使用直流制動(dòng)的方式，控制提升機(jī)運(yùn)行的速度和狀態(tài)，在完成制動(dòng)后，技術(shù)人員需控制直流制動(dòng)信號(hào)，確保重車在機(jī)械抱閘制動(dòng)的基礎(chǔ)上完成制動(dòng)。在進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，通過在電動(dòng)機(jī)中加入直流制動(dòng)信號(hào)，將其中的直流制動(dòng)信號(hào)全部去掉，通過增加電壓的方式，有效轉(zhuǎn)動(dòng)提升機(jī)。在機(jī)械抱閘情況下，變頻器對(duì)提升機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，在機(jī)械抱閘開啟后，加入直流制動(dòng)信號(hào)，保證重車不會(huì)出現(xiàn)下滑的問題。

（七）自動(dòng)限速保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

在提升機(jī)運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，技術(shù)人員啟動(dòng)減速程序，控制主控器減速，并根據(jù)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)性的調(diào)整相關(guān)的指令信號(hào)。如果得到了減速信號(hào)，則根據(jù)工作頻率，按照設(shè)定的要求開始低速運(yùn)行，采用這種模式對(duì)于有效防止出現(xiàn)“過卷”的問題非常有效。同時(shí)，提升機(jī)帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)，若出現(xiàn)了超速的問題時(shí)，變頻器也可以進(jìn)行自動(dòng)的速度控制。此外，在提升機(jī)開機(jī)時(shí)，也需要按照指定的命令進(jìn)行操控，在給出不同的命令下，會(huì)判斷不同命令之間的先后關(guān)系，在出現(xiàn)了不符合規(guī)定的命令時(shí)，變頻器不會(huì)啟動(dòng)，確保運(yùn)行的安全性。

三、煤礦主提升機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)應(yīng)用

建新煤化公司選擇使用大功率全數(shù)字交-直-交變頻矢量控制的方式對(duì)主提升機(jī)變頻器進(jìn)行有效調(diào)速，并選擇使用電控配電設(shè)備對(duì)主提升機(jī)的使用情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，得到了表1所示的監(jiān)測(cè)結(jié)果，從檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，取得了較好的變頻調(diào)速效果。

表1 主提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)

從具體的檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用情況來看，在主提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，選擇使用三電平功率的方式對(duì)變頻調(diào)速進(jìn)行控制，取得了較好的控制效果，主提升設(shè)備運(yùn)行速度達(dá)到了10m/s，對(duì)人員進(jìn)行提升的速度達(dá)到了4m/s，在進(jìn)行檢修時(shí)速度控制在2m/s，在這三種工況下，主提升機(jī)運(yùn)行曲線平滑完整，如圖3所示，較好保證了礦井主提升機(jī)運(yùn)行的可靠性。

圖3 主提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)示意圖

四、結(jié)束語

綜上分析，全面提升主提升機(jī)變頻調(diào)速效果對(duì)于更好保證提升機(jī)的工作效果非常關(guān)鍵，但是從當(dāng)前該技術(shù)的使用情況來看，在控制好調(diào)速技術(shù)等方面還有較大的提升空間，需要及時(shí)采取相關(guān)的措施進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，因此，這就需要技術(shù)人員充分結(jié)合煤礦提升機(jī)的使用效果，采取針對(duì)性的措施，全面提升變頻調(diào)速控制效果，更好保證煤礦生產(chǎn)的安全性。