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，是礦井系統設備的咽喉。在整個生產過程中，占有非常重要的地位，它不僅關系到礦井的正常安全生產和生產效率，而且直接影響上、下井人員的生命財產安全，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。傳統大多數礦井提升機采用繞線轉子異步電動機轉子回路串電阻的交流調速系統，這種系統屬于落后技術，而采用DSP全數字變頻調速技術的現代交流調速系統代表礦井提升機技術的先進水平。礦用提升機的技術更新改造要求迫在眉睫。

2、原礦山提升機調速系統簡介

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拖動，電機采用傳統的串電阻調速，該調速方式存在以下缺點：

(1)大量的電能消耗在轉差電阻上，造成了嚴重的能源浪費。

(2)控制系統復雜，導致系統的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機碳刷容易損壞，維護工作量很大，直接影響了生產效率。

(3)低速和爬行階段需要依靠制動閘皮摩擦滾筒實現速度控制，特別是在負載發生變化時，很難實現減速控制，導致調速不連續、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“掉道”現象。

(5)自動化程度不高，增加了開采成本，影響了產量。

(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，煤礦決定對原系統進行改造。根據當今科技的發展，采用技術含量較高的變頻調速，替代原來的繞線電機串電阻調速，是較理想的方案。經礦方多方考察，最終選用新風光電子科技股份有限公司生產的風光牌JD-BP38-400T型高壓提升機變頻系統。

該煤礦絞車現場為單滾筒絞車，絞車設備配置如表1、表2所示。現場設備如圖1所示。

圖1現場設備圖

3、新風光高壓提升機變頻器系統的特點

新風光公司是國內最早的從事提升機變頻器研究的專業廠家，新風光高壓提升機變頻器被列入國家火炬計劃，產品榮獲國家重點新產品、山東省科技進步獎，產品被列入國家重點節能技術推廣目錄第一批名單，新風光高壓提升機變頻器填補了單元串聯式多電平高壓變頻器不能四象限運行的國內空白，產品技術具國內領先水平。

新風光JD-BP37-T系列高性能高壓變頻調速產品，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大電流驅動技術，是新一代高性能完美無諧波高壓變頻調速產品的典型代表。矢量控制功能使得異步電機啟動轉矩大，動態轉矩響應好，調速精度高。能量回饋技術的應用，使得功率單元串聯型高壓變頻器具備了四象限運行能力，能量可以在電網和電機之間雙向流動。矢量控制技術原理如圖2所示。

圖2矢量控制技術原理框圖

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

JD-BP38-400T型高壓提升變頻調速器采用進口IGBT為主控器件，采用先進的矢量控制技術，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10kV高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，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低于國標規定。高壓提升變頻器系統結構如圖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結構圖

圖4功率單元電路結構

控制器核心由高速32位芯片運算來實現，精心設計的算法可以保證電機達到最優的運行性能。人機界面提供友好的全中文監控和操作界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。內置PLC用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號的協調，增強了系統的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進的大規模集成電路和表面焊接技術，系統具有極高的可靠性。

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術，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的統一控制器，方便調試、維修、現場培訓，增強了系統的可靠性。

4、變頻改造方案

3.1改造主回路情況

改造提升機用變頻器是在原提升機電控系統的基礎上，加裝變頻調速系統，高壓變頻器為新風光公司生產的JD-BP38-400T型高壓提升機變頻器。高壓提升變頻器是整個電控系統的一個核心部分，它具有與電控系統相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統的操作命令，同時它又將運行狀態，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。變頻器本身又將工作信號及工作狀態自動記錄以備查閱，依據用戶要求連接打印設備，每班數據打印，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有的各種電器閉鎖要求，符合《煤礦安全規程》要求。

改造中將原繞線電機轉子回路進行短接處理，利用原繞線電機，節約了投資。為不大面積影響煤礦生產，把輔料預先下放到位，根據生產情況間歇性停機改造。

3.2變頻控制與操作臺接口

變頻器與電控系統連接框圖如圖5所示。

（1）速度控制信號輸入

電控系統給一路4～20mA模擬量速度信號。

（2）模擬量輸出

系統提供兩路模擬輸出，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變頻器與電控系統連接框圖

5、變頻運行情況

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

6、結束語

新風光高壓提升機變頻器在主井提升機轉子串電阻電控系統改造中，不僅提高了提升系統的安全性和可靠性，而且大大減低了維護費用，節能效果明顯，實現了高轉矩、高精度、寬調速范圍驅動，是交流提升機電控系統發展的方向，應用前景廣闊。

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