1、引言

提升機(jī)是礦井的關(guān)鍵和重大安全設(shè)備之一，用作提升礦物和物料及設(shè)備等，是礦井系統(tǒng)設(shè)備的咽喉。在整個生產(chǎn)過程中，占有非常重要的地位，它不僅關(guān)系到礦井的正常安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率，而且直接影響上、下井人員的生命財產(chǎn)安全，因此，它的電氣傳動及控制裝置一直是各國傳動界的一個重要研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)大多數(shù)礦井提升機(jī)采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)屬于落后技術(shù)，而采用DSP全數(shù)字變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)代表礦井提升機(jī)技術(shù)的先進(jìn)水平。礦用提升機(jī)的技術(shù)更新改造要求迫在眉睫。

2、原礦山提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡介

山西某煤礦礦井主斜井有一臺絞車，采用繞線式異步電動機(jī)拖動，電機(jī)采用傳統(tǒng)的串電阻調(diào)速，該調(diào)速方式存在以下缺點(diǎn)：

(1)大量的電能消耗在轉(zhuǎn)差電阻上，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

(2)控制系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)碳刷容易損壞，維護(hù)工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。

(3)低速和爬行階段需要依靠制動閘皮摩擦滾筒實(shí)現(xiàn)速度控制，特別是在負(fù)載發(fā)生變化時，很難實(shí)現(xiàn)減速控制，導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。

(4)啟動和換檔沖擊電流大，造成了很大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命大大降低，而且極容易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。

(5)自動化程度不高，增加了開采成本，影響了產(chǎn)量。

(6)低速段的啟動力矩小，機(jī)械特性比較軟，帶負(fù)載能力差。

針對以上這些問題，煤礦決定對原系統(tǒng)進(jìn)行改造。根據(jù)當(dāng)今科技的發(fā)展，采用技術(shù)含量較高的變頻調(diào)速，替代原來的繞線電機(jī)串電阻調(diào)速，是較理想的方案。經(jīng)礦方多方考察，最終選用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-400T型高壓提升機(jī)變頻系統(tǒng)。

該煤礦絞車現(xiàn)場為單滾筒絞車，絞車設(shè)備配置如表1、表2所示。現(xiàn)場設(shè)備如圖1所示。

圖1現(xiàn)場設(shè)備圖

3、新風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器系統(tǒng)的特點(diǎn)

新風(fēng)光公司是國內(nèi)最早的從事提升機(jī)變頻器研究的專業(yè)廠家，新風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器被列入國家火炬計劃，產(chǎn)品榮獲國家重點(diǎn)新產(chǎn)品、山東省科技進(jìn)步獎，產(chǎn)品被列入國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄第一批名單，新風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器填補(bǔ)了單元串聯(lián)式多電平高壓變頻器不能四象限運(yùn)行的國內(nèi)空白，產(chǎn)品技術(shù)具國內(nèi)領(lǐng)先水平。

新風(fēng)光JD-BP37-T系列高性能高壓變頻調(diào)速產(chǎn)品，以高速DSP（TMS320F2812）為控制核心，采用矢量控制技術(shù)，融合了能量回饋技術(shù)，以及IGBT大電流驅(qū)動技術(shù)，是新一代高性能完美無諧波高壓變頻調(diào)速產(chǎn)品的典型代表。矢量控制功能使得異步電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)好，調(diào)速精度高。能量回饋技術(shù)的應(yīng)用，使得功率單元串聯(lián)型高壓變頻器具備了四象限運(yùn)行能力，能量可以在電網(wǎng)和電機(jī)之間雙向流動。矢量控制技術(shù)原理如圖2所示。

圖2矢量控制技術(shù)原理框圖

此次變頻改造選用1臺JD-BP38-400T型高壓提升機(jī)變頻器，額定電壓10kV，額定電流29A，額定功率400kW。高壓提升機(jī)變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示。

JD-BP38-400T型高壓提升變頻調(diào)速器采用進(jìn)口IGBT為主控器件，采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，以DSP為控制核心，精心巧妙科學(xué)的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機(jī)對話界面，科學(xué)人性化的界面語言，全中文的語言顯示，便于操作及查詢。風(fēng)光牌高壓提升機(jī)變頻器，即可用于鼠籠式電機(jī)也可用于繞線式電機(jī)，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風(fēng)光10kV高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，所用的10kV高壓提升變頻器，變壓器有24組付邊繞組，每相分為8個功率單元，三相共24個單元，采用48脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定。高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。功率單元電路如圖4所示。

圖3高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4功率單元電路結(jié)構(gòu)

控制器核心由高速32位芯片運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進(jìn)的大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

4、變頻改造方案

3.1改造主回路情況

改造提升機(jī)用變頻器是在原提升機(jī)電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝變頻調(diào)速系統(tǒng)，高壓變頻器為新風(fēng)光公司生產(chǎn)的JD-BP38-400T型高壓提升機(jī)變頻器。高壓提升變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統(tǒng)的操作命令，同時它又將運(yùn)行狀態(tài)，包括工作頻率、電機(jī)電流、電源電壓、電流及故障信息隨時送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動記錄以備查閱，依據(jù)用戶要求連接打印設(shè)備，每班數(shù)據(jù)打印，形成設(shè)備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，避免對變頻器引入干擾。新風(fēng)光高壓提升變頻器滿足煤礦現(xiàn)有的各種電器閉鎖要求，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

改造中將原繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行短接處理，利用原繞線電機(jī)，節(jié)約了投資。為不大面積影響煤礦生產(chǎn)，把輔料預(yù)先下放到位，根據(jù)生產(chǎn)情況間歇性停機(jī)改造。

3.2變頻控制與操作臺接口

變頻器與電控系統(tǒng)連接框圖如圖5所示。

（1）速度控制信號輸入

電控系統(tǒng)給一路4～20mA模擬量速度信號。

（2）模擬量輸出

系統(tǒng)提供兩路模擬輸出，模擬量輸出設(shè)定為4～20mA輸出電流和4～20mA輸出頻率。

（3）與操作臺遠(yuǎn)程控制

上提、下放、抱閘（松閘）、安全回路輸入、安全回路輸出、變頻就緒、故障輸出。

圖5變頻器與電控系統(tǒng)連接框圖

5、變頻運(yùn)行情況

到目前已正常運(yùn)行1年多的情況來看，主井提升絞車變頻拖動后，實(shí)現(xiàn)了絞車的軟啟動、軟停止，提高了生產(chǎn)效率。據(jù)實(shí)測，當(dāng)減速及重物下放時，實(shí)現(xiàn)了制動回饋。尤其在低速段節(jié)能明顯，在提升量基本相同的情況下，變頻運(yùn)行時節(jié)電量達(dá)20%以上。另外，變頻器保護(hù)功能齊全，除一般過載、短路、過欠壓、缺相等保護(hù)功能外，還設(shè)有連鎖保護(hù)、自動限速保護(hù)功能等，保證了提升機(jī)的安全運(yùn)行。變頻器保護(hù)監(jiān)控精確定位，方便用戶對故障進(jìn)行診斷。A、B、C各相每個單元如果發(fā)生母線過壓、逆變過流、回饋過流、接收光纖故障、開機(jī)信號、缺相、過熱、主控接收光纖故障等故障時，均可在相應(yīng)功率單元上顯示，精確定位故障，方便用戶處理，及時采取措施，排除故障，提高了設(shè)備的可靠性。

6、結(jié)束語

新風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器在主井提升機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻電控系統(tǒng)改造中，不僅提高了提升系統(tǒng)的安全性和可靠性，而且大大減低了維護(hù)費(fèi)用，節(jié)能效果明顯，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動，是交流提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展的方向，應(yīng)用前景廣闊。

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