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1引言

長期以來，因建井絞車電動機功率大，建井工況比正常生產(chǎn)礦井相對復雜很多，提升機變頻器生產(chǎn)廠家在技術不成熟的情況下不敢涉足建井行業(yè)?，F(xiàn)場只能使用繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻的方法進行調(diào)速控制。該方法雖然投資成本較低，但轉(zhuǎn)矩脈動大，電機電流波動大，同時串電阻能耗高，故障率高，影響了安全生產(chǎn)水平。隨著變頻控制技術的進步，在建井行業(yè)使用變頻絞車成為可能，由于國外品牌價格昂貴，大大增加了使用單位的經(jīng)濟負擔。
2 用戶現(xiàn)場情況

該煤礦用戶礦井設計年生產(chǎn)能力1500萬噸，礦井設計采用立井開拓方式，布置兩個大采高綜采工作面。為了加快工作進度和節(jié)約建設成本，該用戶通過論證和多方考察，決定兩套副提1250kW/6kV電機改為變頻控制，變頻器采用新風光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-1400T（1400kW/6kV）2套高壓提升機變頻器對該副井絞車進行拖動。提升機現(xiàn)場如參數(shù)如表1、拖動電機參數(shù)表2所示。

3 新風光高壓提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)介紹

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，融合了能量回饋技術，以及IGBT大電流驅(qū)動技術，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。矢量控制技術原理如圖1所示。

圖1 矢量控制技術原理框圖

 此次變頻改造選用JD-BP37-1400T（1400kW/6kV）高壓提升機變頻器，高壓提升機變頻器技術參數(shù)如表3所示。

 表3  風光高壓提升機變頻器技術指標

風光6kV高壓提升機變頻器，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，移相變壓器有18組付邊繞組，每相分為6個功率單元，三相共18個單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分低于國標規(guī)定。高壓提升變頻器功率單元電路如圖2所示。系統(tǒng)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。PLC控制器用于柜體內(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。控制器及各控制單元板中采用先進的單片機等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術，系統(tǒng)具有極高的可靠性。

圖2功率單元電路結(jié)構(gòu)

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時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。

高壓提升變頻器是整個絞車系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控操作系統(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。當電機處于負力提升時，變頻器實時檢測進行能量回饋電網(wǎng)。
4風光高壓提升機變頻器的突出特點

風光高壓提升機變頻器除具有普通高壓變頻器的功能外，還針對絞車控制，具有以下突出特點：
（1）電源輸入勵磁涌流限制技術：該技術使得系統(tǒng)在每次上高壓電時的沖擊電流小，對電網(wǎng)的沖擊也很小。
（2）系統(tǒng)斷電自動保護技術：確保任何情況下系統(tǒng)都能安全運行。如果沒有，提升機重載下放過程中，遇到系統(tǒng)停電時，會造成單元損壞甚至整個系統(tǒng)癱瘓。
（3）變頻裝置為直接高-高結(jié)構(gòu)，直接6kV輸入，直接6kV輸出，可以直接安裝使用，不需要對系統(tǒng)進行任何改造。
（4）功率單元自動旁路技術：在提升機運行過程中，意外出現(xiàn)一個或幾個功率單元故障時，系統(tǒng)可以自動將故障單元旁路，系統(tǒng)進入星點偏移控制，保持輸出的線電壓平衡，同時保持較大輸出轉(zhuǎn)矩、電壓，完成本次提升任務。
（5）獨立的控制電源技術：獨立的控制電源技術，系統(tǒng)在不上高壓電的情況下可以檢測系統(tǒng)各個關鍵點的波形和調(diào)試、培訓等，方便用戶自行檢修和維護。
（6）空載低損耗控制技術：變頻系統(tǒng)在待機狀態(tài)下，空載損耗小，經(jīng)實測比通用技術產(chǎn)品要低2～3倍。
（7）采用矢量控制技術，電機可四象限運行，具有不施閘懸停和力矩預置技術。
（8）承諾可以現(xiàn)場進行試驗：1～2個單元故障可以旁路，完成一個提升循環(huán)。提升機滿載、全速提升和下放時，電源停電試驗，變頻器確保不損壞。
（9）風光變頻器單元內(nèi)電解電容因采取了本公司的專利技術（專利號ZL 2003 2 017356.2），可將其使用壽命提高一倍。
（10）提升機變頻器具有回饋制動、直流制動、安全制動等多項制動方式，保證了絞車可靠運行。
（11）具有完備的與電控系統(tǒng)對接的各個接口，實現(xiàn)與絞車電控系統(tǒng)無縫連接。
5 高壓提升機變頻拖動方案
5.1主回路接線

該礦井2臺絞車的控制方式相同，以其中1#絞車變頻改造為例介紹如下。主回路接線如圖3所示。

圖3 主回路接線

5.2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4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、安全回路輸入、安全回路輸出、變頻就緒、故障輸出。
 

圖4  變頻器與電控系統(tǒng)連接框圖

6變頻運行情況

2016年8月，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，首先帶空電動機進行參數(shù)辨識，然后帶滾筒運行情況對參數(shù)進行微調(diào)。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，靠水的吸力增大重量。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，就是在負載稍輕的時候能夠拉動，但是，在罐籠拉出水面瞬間會出現(xiàn)大幅度的顫動現(xiàn)象；現(xiàn)場準備就緒后開始啟動，變頻器運行在2.0Hz，輸入電流在23A，輸出電流達到210A（電動機額定電流144A）的情況下罐籠緩慢的從水中被提上來，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（傘鉆重量為15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110A，輸入電流14A，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。
7結(jié)束語

風光牌高壓提升機變頻器既可應用于新礦井提升機電控系統(tǒng)配套，也適用于老礦井絞車的改造，同時也適用礦井建設中。它不僅提高了礦山提升機控制技術和裝備水平，實現(xiàn)了絞車高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動，確保了提升機可靠運行，而且節(jié)能效果明顯，是交流提升機電控系統(tǒng)發(fā)展的方向，應用前景廣闊。