矿井主提升机高压变频调速装置的研制和应用

2018-05-18杜政委

机械管理开发 2018年4期

杜政委

（山西乡宁焦煤集团台头前湾煤业有限公司，山西临汾 042103）

引言

传统的矿井提升机调速方法比较落后，存在无法控制机械设备速度的问题，导致其最终的运行效果不佳。而在该种技术支持下的提升机运行速度单一，不能够以多种速度形态运行，所能够负载和工作的环境受到限制，经常会因为速度失控而发生安全事故。在电气传动技术发展的今天，变频调速技术也已经取得了突破，人们将该种技术运用到提升机的变频调速装置当中，利用该种装置的设计来稳定提升机的运行状态，提高提升机的安全施工水准。

1 案例分析

1.1 副井提升电控系统分析

某矿业公司在进行矿井工程时所采用的提升电控系统主要是采用了交流环绕线形式的电机转子串电阻进行调速，而该系统该包含了华飞公司生产的型号为JTDK-ZN的交流提升电控装置以及型号为CC5-150N/63的高压低频换向装置。但经过实践应用了解到，该副井提升系统存在非常明显的缺陷，其在提升的高度上达到了234.8m，速度也达到8.1m/s。

从上述副井提升电控系统的情况来看，按照煤矿的安全规定规范，该系统存在一定的安全隐患，主要体现在该系统启动一级停止时，其冲击力过大，当速度发生变化以后，其切换的过程可能出现失控，超出预期的速度[1]。而根据对该系统的了解，系统还存在故障警报提示不健全的现象，系统当中的装置部分服务时间已经非常长，一些零件已经出现老化现象，容易发生故障，需要花费大量的精力维修。

1.2 技术改善目标及要求

对于煤炭企业来讲，提升机是生产煤炭时所用到的关键性设备，尤其是在副井提升方面，需要提升相关的工作人员和材料，承载的重量变化比较大，被用于多种工作环境中，承担多种形态的重量。如果在煤炭生产中，提升机出现故障，无法正常运作，会造成安全事故或者是为煤炭企业带来巨大的经济损失。为了避免上述所出现的提升机问题，煤炭企业积极与电气企业进行合作，通过技术转变，研制适合煤炭企业的高压调配变速装置，将其安装到提升机当中，促使提升机可以被运用到恶劣的环境中，也能够进行四象限运行，还能够做到能量回馈，让加速、变频都符合设备运行要求。

本次设备研制的主要技术就是利用提升机原有的电控系统及其电动机装置，将其中增加新研究的高压变频调速装置，利用该装置实现对提升机的调速控制。而在该装置的辅助下，提升机能更好地切换工作模式，满足不同矿井的工作环境以及提升机所需要符合的各种重量，也能够符合国家煤矿安全要求，保障矿井工作的安全稳定。而先进的技术被运用到该电力系统当中，替换了原本老化的零件，减少了需要维修的部位，能量反馈装置还能够做到节能降耗[2]。本次运用的关键性技术就是矢量控制技术。

2 矿井主提升机高压变频调速装置的设计及在某矿的应用

2.1 工作原理

2.1.1 适量控制技术

在型号为HIVERT-YVF的高压变频器当中加入了可以控制速度的矢量控制技术。而该技术主要对转子磁场的定位坐标中的电机定子进行了分流分解，从而转化为了励磁电流以及部分的转矩电流。变频器中为了维系励磁电流的状态，将会控制其中的转矩电流从而控制好电机的转矩。如果该高压变频器在实际的运行过程中，已经实现预测了转速，但该转速却与实际的转速不符，那么变频器将会利用PID将这种差值逐渐转化为转矩电流。在矢量控制技术下，将转矩电流转换成为电机三相给定电流，生成三相驱动的信号。如图1所示。

图1 控制原理图

2.1.2 主电路

HIVERT系列的高压变频器主要是采用了交流电转为直流电然后再转为交流电的直接高压电流的方式，变频器当中的主要电路开关为IHBT，而受到该电路开关的耐压性限制，无法直接输出6 kV或者是10 kV的电压。该开关的频率比较高并且几乎无法均压，该种情况导致变频器的主电路无法直接进行串联[3]。该型号的变频器主要是利用功率单元串联的形式来完成，再经过叠波生涯以后，其能够更加娴熟的利用常压变频器，从而提升主电路串联的可能性，如图2所示。

而该种状态下的隔离变压器具有免维护的优点，其使用寿命更长。受到功率单元串联的形式会促使电源变压器出现相位差的影响，单个功率所引起的谐波电流大部分被消除掉，而该种变频器的谐波电流将会小于国家所要求的5%标准，能够最大限度接近1输出功率因数。

图2 主电路图

高压变频器的输出电压主要是在三相输入与单相输入的低压功率经过串联之后得到的。而在变频器额定输出电压为580 V的情况下，利用单元六个串联的形式连接主电路，产生3 450 V的相电压，如表1所示。

表1 变频器功率单元配置

2.2 系统配置

为了促使高压变频调速的相关装置更加完善，技术人员在研制该高压变频器的时候还将数字技术融入到设计当中，利用其中1台高压变频装置作为主要的驱动装置，再安装各个类型的传感器用于采集设备运作时所产生的数据，对状态数据进行分析和计算，而主控台则负责调配工艺的标准并且下达保护指令。整个系统当中，关于变频调速方面的设计以及转子串电阻调速的相关设备都会包含在内，并且可以相互之间进行切换，从而确保该系统更加便于维修、运行更加安全可靠。

2.3 经济效益

上述研制出的高压变频调速装置在制造成功以后，积极参与到各项试验当中，并且在煤矿产业的某矿井停工以后，及时安排时间进行了安装，在现场的调试和设备运作中，发现该设备能够满足各种工况条件，所达到的技术效果比较突出。该设备在实际运行过程中，最大频率能够达到46.66 Hz，最大的转速也达到了7.6 m/s，该数据能够符合国家煤矿安全标准，消除了原本老设备的安全隐患。而利用该种设备运作的提升机，能够快速的完成速度调控，精准度较高，降低了调速过程中的冲击力度，减少了设备运行当中的安全隐患。