王志军

(山煤宏远煤业有限公司，山西晋中032600)

0 引言

矿井提升机担负着矿井设备人员和物料的运输任务，在矿山生产中起着不可或缺的作用。提升机工作时，提升速度分为三个阶段，即加速、匀速、减速阶段，其速度的变换是由电动机调速系统来完成的。传统的调速系统是在电动机转子绕组回路通过接触器串入电阻，在加速段逐级切除电阻，减速段再串入电阻减小转子电流以达到减速目的。

随着电力电子技术的不断发展，变频调速技术日趋完善，以数字技术为基础的变频调速也成为交流电机调速的一种趋势［1］。交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外认为最有前途的调速方式。笔者针对矿井提升机进行变频节能技术改造，介绍了传统串电阻调速系统的弊端，以及变频调速的原理及选择变频器的原则，并分析了经改造后的提升机的节能效果。

1 传统的转子串电阻调速系统

在交流变频技术成熟之前，矿井提升机调速通常采用直流电动机调速系统和交流异步绕线式电动机转子串电阻调速系统。串电阻调速系统采用多级调速方法，通过合理的选择电阻的级数，可获得较平稳的启动和调速性能。但串电阻不可能采用无限多的级数，因此提升机在运行过程中的加速和减速过程是跳跃的，为有级调速。而且在调速过程中能量大多数消耗在了外串电阻的发热上，浪费电能，效率较低。另外，绕线式异步电动机转子回路串电阻后，使得电动机的机械特性变软，导致低速运行时稳定性变差。因此，当提升机运行过程中负载变化较大时，该种调速方法性能较差。

2 变频调速技术

2.1 变频调速的工作原理

根据异步电动机转速公式和同步转速公式:

可知:只要改变异步电动机定子供电电源的频率f1，就可以改变同步转速n1，从而改变电动机的转子转速n。变频调速即是通过改变电机定子绕组的供电电源频率来达到调速的目的，其原理是把工频交流(50 Hz)通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，用于驱动异步电机，实现无级调速［2-3］。

矿井提升机的调速过程是在基速(电动机的额定转速)上向下调速，根据(1)式，须从基频(50 Hz)向下调节频率，以达到减速的目的。又根据电动机定子相电压公式:

式中，N1为单相绕组匝数，kN1为绕组因数，Φm为主磁通。

当减小频率的同时若不改变电压，会使电动机磁通Φm过饱和，导致很大的励磁电流，严重时引起电动机过热而损坏电机。因此，调速过程中降低频率的同时应减小电源电压，以保证调速过程中磁通不变。

2.2 变频器的选择

选择变频器时应以实际电动机的电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。选择时应使变频器的额定电流I≥Ie(Ie为电动机的额定电流)，同时应使I≥1.1Imax(Imax为电动机实际运行的最大电流)。在满足电流的同时还应考虑变频器的输出电压和瞬时过载能否满足电机的要求。另外，变频器的输出含有丰富的高次谐波，会降低电动机的功率因数和效率。因此，用变频器给电动机供电时，电动机的电流会增加10%，温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时，应适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。

3 效益分析

原有的串电阻调速方式须采用交流接触器切换电阻完成不同速段的转换，接触器和外串电阻每3 ～5 个月需更换一次，维修费用大，耽误生产。提升机调速系统变频改造后，电机在不同频率下运行的节能效果不同，变频器在低速运行时节能效果显著。根据现场情况，提升机的加速段及减速段约为60 ～100 m，因此，其低速段占全程的35%左右，经计算综合节电率在25%左右。变频改造后原系统的电阻和接触器全部弃除不用，不但节省投资，也增加了可靠性。变频调速过程中还可使电动机运行在回馈制动运行状态，再生电能可回收利用，节约更多的电能。

4 结语

提升机调速系统经变频改造后，改善了提升机运行的可靠性，增加了电动机的调速范围，调速平滑性好，电机效率显著提高，节约了部分电能，应在矿井提升机调速系统中得到广泛应用。

［1］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］. 北京:机械工业出版社，2003.

［2］于庆广.高压变频器的拓扑结构及其在火力发电厂中的应用［J］.电力电子，2004(4).

［3］肖俊.IGBT 在电机 PWM 控制系统的应用研究［J］.电器自动化，2003.