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1引言

提升機是礦井的關鍵和重大安全設備之一，用作提升礦物和物料及設備等，是礦井系統(tǒng)設備的咽喉。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域。傳統(tǒng)大多數(shù)礦井提升機采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(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)代表礦井提升機技術(shù)的先進水平。礦用提升機的技術(shù)更新改造要求迫在眉睫。

2原礦山提升機調(diào)速系統(tǒng)簡介

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

(1)大量的電能消耗在轉(zhuǎn)差電阻上，造成了嚴重的能源浪費。

(2)控制系統(tǒng)復雜，導致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機碳刷容易損壞，維護工作量很大，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現(xiàn)速度控制，特別是在負載發(fā)生變化時，很難實現(xiàn)減速控制，導致調(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，造成了很大的機械沖擊，導致電機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，機械特性比較軟，帶負載能力差。

針對以上這些問題，煤礦決定對原系統(tǒng)進行改造。根據(jù)當今科技的發(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串電阻調(diào)速，是較理想的方案。經(jīng)礦方多方考察，選用了新風光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的風光牌JD-BP37-450T型高壓提升機變頻系統(tǒng)。

該煤礦絞車現(xiàn)場為單滾筒絞車，絞車設備配置如表1、表2所示。

 3 新風光高壓提升機變頻器系統(tǒng)的特點

新風光公司是國內(nèi)較早的從事提升機變頻器研究的專業(yè)廠家，新風光高壓提升機變頻器被列入國家火炬計劃，產(chǎn)品榮獲國家重點新產(chǎn)品、山東省科技進步獎，產(chǎn)品被列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄第一批名單。

新風光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)。矢量控制功能使得異步電機啟動轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應好，調(diào)速精度高。能量回饋技術(shù)的應用，使得功率單元串聯(lián)型高壓變頻器具備了四象限運行能力，能量可以在電網(wǎng)和電機之間雙向流動。矢量控制技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 矢量控制技術(shù)原理框圖

 此次變頻改造選用1臺JD-BP37-450T型高壓提升機變頻器，額定電壓6kV，額定電流54A，額定功率450kW。高壓提升機變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示。 

JD-BP37-450T型高壓提升變頻調(diào)速器采用進口IGBT為主控器件，采用先進的矢量控制技術(shù)，以DSP為控制核心，精心巧妙科學的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機對話界面，科學人性化的界面語言，全中文的語言顯示，便于操作及查詢。風光牌高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線式電機，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風光6kV高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，所用的6kV高壓提升變頻器，變壓器有15組付邊繞組，每相分為5個功率單元，三相共15個單元，采用30脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規(guī)定。高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。功率單元電路如圖3所示。

圖2高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 

圖3功率單元電路結(jié)構(gòu)

控制器核心由高速32位芯片運算來實現(xiàn)，精心設計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡化控制。內(nèi)置PLC用于柜體內(nèi)開關信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強了系統(tǒng)的靈活性?？刂破骷案骺刂茊卧逯胁捎孟冗M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，增強了系統(tǒng)的可靠性。

4變頻改造方案

4.1改造主回路情況

改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統(tǒng)的基礎上，加裝變頻調(diào)速系統(tǒng)，高壓變頻器為新風光公司生產(chǎn)的JD-BP37-450T型高壓提升機變頻器。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，同時它又將運行狀態(tài)，包括工作頻率、電機電流、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備，每班數(shù)據(jù)打印，形成設備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進行了隔離，避免對變頻器引入干擾。新風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轉(zhuǎn)子回路進行短接處理，利用原繞線電機，節(jié)約了投資。為不大面積影響煤礦生產(chǎn)，把輔料預先下放到位，根據(jù)生產(chǎn)情況間歇性停機改造。改造主回路示意圖如圖4所示。

圖4  改造主回路示意圖

4.2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，模擬量輸出設定為4～20mA輸出電流和4～20mA輸出頻率。

（3）與操作臺遠程控制

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 變頻運行情況

2015年8月，風光高壓提升機變頻器現(xiàn)場開始安裝、調(diào)試變頻器。調(diào)試人員根據(jù)現(xiàn)場工況情況：電動機沒有裝旋轉(zhuǎn)編碼器，把變頻器工作方式設置為無旋轉(zhuǎn)編碼器矢量控制工作方式，同時把電動機的工作參數(shù)進行設置，然后帶空電動機進行運行，查看變頻器的工作情況與理論工作曲線進行比較后再次調(diào)整電機設置參數(shù)，使實際運行曲線與理論曲線達到一致，最后帶滾筒對參數(shù)進行微調(diào)。該礦領導為了驗證變頻器的輸出力矩，在現(xiàn)場把罐籠裝滿最重的沙石料（超過額定負載量）然后把罐籠放在水中，根據(jù)以往工作經(jīng)驗，這種情況如果采用串電阻絞車通常會出現(xiàn)拉不動跳高壓情況?，F(xiàn)場準備就緒后開始啟動，變頻器運行在2.0Hz，輸入電流在9A，輸出電流達到72A（電動機額定電流47A）的情況下罐籠平穩(wěn)地從水中被提上來，沒有出現(xiàn)罐籠晃動現(xiàn)象。

為了驗證下放回饋能力，現(xiàn)場把正常工作使用的傘鉆作為重物進行試驗（傘鉆的重量為5.3噸，是由主提絞車負責提升和下放），下放運行頻率1.5Hz，輸出電流68A，輸入電流8A，變頻器回饋工作正常。通過試驗，變頻器啟動、停止以及調(diào)速過程中電動機聲音正常，滾筒轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。主井副提絞車通過改造后，實現(xiàn)了絞車的軟啟動、軟停止，由于變頻器運行穩(wěn)定使現(xiàn)場生產(chǎn)效率得到了提高。特別是變頻器采用回饋制動工作方式，在提升量基本相同的情況下，通過與主提絞車相比較變頻運行時節(jié)電量達20%以上。

6結(jié)束語

新風光高壓提升機變頻器在主井提升機轉(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費用，節(jié)能效果明顯，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動，是交流提升機電控系統(tǒng)發(fā)展的方向，應用前景廣闊。