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高压变频器在矿井提升机中的应用摘要：科学技术的快速发展为电控系统发展注入了新鲜血液，高压变频技术凭借其自身灵活性、高效性等优势而出现，将高压变频器应用到矿山提升机当中，除了能够优化设备性能，且能够改善设备运行效率和安全性，在很大程度上提高了矿山企业综合竞争力科学技术发展。
本文对高压变频器在煤矿主井提升机中的应用进行分析研究，希望能够对改善目前的作业状况有所帮助，给企业带来更多的效益。
关键字：高压变频器；提升机；应用1引言矿井提升机是矿井生产的咽喉，对矿井的生产及安全起着至关重要的作用。
煤矿提升机的主要任务就是将采集到的原煤安全的提升到地面，这是一项长期重复操作的机械运动，然而煤矿提升机的工作又是在比较复杂条件下进行，提升机的拖动装置需要不停的完成启动、调速和停止之间的转换，所以探讨高压变频技术在煤矿提升机的应用具有积极的现实意义。
随着电气传动技术，尤其是高压变频技术的出现，运用直线性运行方式，实现对矿山提升机性能的优化，迎来了矿山提升机电控系统的调整，为矿山企业生产经营提供了极大的支持。
2高压变频系统高压变频器就是通过改变输出电流的频率来改变电动机的转速的，但它是采用先进的功率单元串联叠波技术，是一种串联叠加性变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联输出，最后输出电压和频率都可调的高压交流电。
在控制理论方面，高压变频器一般采用矢量控制和转矩直接控制的方式，在调速控制方面，采用数字信号处理器以及高级专用集成电路来控制，使得调速系统的集成度越来越高。
在使用功能方面，除了基本的外部调速功能外，内置的PLC编程软件还能够完成编程，控制提速等功能。
一般高压变频器采用的是多单元串联的方式来实现高压，使得相电压的变化在规定的范围内。
变频单元采用的交-直-交的三相可控整流，通过控制实现电动机的制动。
总之，高压变频调速系统作为一种高新技术的节能产品，采用先进的单元串联多电平技术、数字控制技术、脉宽调制技术等，具有高效节能、高功率因数、高可靠性等特点。
浅谈变频器在煤矿提升系统中的应用摘要：变频器再煤矿的提升系统中作为特殊的低频电源，在输出频率保持不变的状况下，根据外部控制的信号要求以及实际运行过程中的速度实现对输出电压的控制，从而也建立了煤矿提升机高压电机的稳定机制，构建了稳定的煤矿的提升系统。
关键字：变频器；煤矿；提升系统；应用一、概述煤矿提升系统中的优异的制动性能可使提升机建立稳定安全有效的运行模式，从而也在一定程度上避免了机械设备的严重磨损，防止造成较大的机械设备的冲击，减少机械设备的维修次数，提升机械设备的使用长度。
随着煤矿提升系统的自动化程度的提高，煤矿提升系统中的交流高压电机制动的要求也着提高。
传统煤矿的提升系统大多采用动力机制或是低频发电机制进行制动，动力制动的提升方式智能解决相应设备的制动问题，不能较好解决提升系统中的爬行问题，低频发电机制虽能较好解决制动和爬行问题，但整个低频发电机制制动系统的控制较为复杂，所使用的设备也较多，给煤矿提升系统的维修和检测带来了一定的不便。
普通的变频器也可用与输出较低的频率，但普通变频器主要针对低压电机，由此输出的频率与输出电眼之间存在一定的比例关系。
那么在普通变频器在煤矿提升系统中的运用过程中，在变频器的开始运行中，变频器的输出电压过高、制动力矩过大，造成电机发电机反馈的变频器的电量过大，若变频器的制动电阻选择不合适，那么也将对普通变频器造成过压的现象，长期使用普通变频器将容易导致直流桥的电容直接烧毁，同时提升系统运作时，为兼顾制动系统的运行，提升时电机的力矩将维持较低的运行频率。
根据煤矿提升系统的切实需要，应通过对低频发电机系统的运行进行改造，从而实现在提升系统的运行过程中，在系统的制动和爬行提升的阶段，变频器输出的频率时稳定的，并且能通过计算机软件改造过后的变频器提升系统根据设定的制动曲线和实际运行中的速度，实现对变频器的输出电压进行控制，从而构建了有效的煤矿提升系统。
该低频提升系统能在低频爬行提升过程在好哦功能输出较高的电压，并且能实现脚踏、验绳等多种功能，从而建立了适宜而有效的煤炭提升系统。
华飞GBP高压变频器在越南煤矿提升机的应用变频系统的改进是目前提升机领域技术水平提高和降低能耗的显著有效的方法。
本文对提升机高压变频器速度调节整体系统的原理和结构进行了研究，同时结合越南提升机变频改造的应用，介绍了华飞公司GBP系列新型回馈技术的四象限矢量高压变频器，在煤炭提升领域上的应用情况。
标签：高压变频器；矢量控制；低频回馈；矿井提升机1 引言随着越南工业现代化进程的不断提升，其煤矿设备的更新换代正快速进行。
在煤矿的多种传动设备中，矿井提升系统是最重要、且耗能最大的设备之一。
提升机的整个运行过程的可靠与否直接影响了其产能，并直接关系到煤矿的安全生产水平，因此矿井提升机改造成为矿井设备改造的主要对象之一。
华飞公司从2009年开始为越南煤矿提升机变频改造服务，先后在下龙湾和锦普的东北矿、宏泰矿、统一矿等多个煤矿进行了提升机高压变频改造，GBP 型四象限高压变频器在越南煤矿取得了良好的应用效果，深得越南用户的认可。
2 转子串电阻调速存在的问题与中国相似，越南煤矿提升机系统在未升级改造前，其调速方法多采用老式的交流串电阻的方式，此种技术相对较落后，且存在较多问题，具体如下：①由于提升机的特性需频繁启停，此种方式带来了大量热量的产生；②串电阻系统的控制接线比较复杂，在长期的稳定性上存在致命的问题，发生故障时缺乏诊断功能；③因其需要频繁启停，在机械结构方面会有很大的损伤；④老式的调速方式，精度较低，控制方式较为粗矿；⑤因其控制的粗矿性，副井上人员乘坐的舒适性不高；⑥电机因其控制和操作的弊端，寿命会大大减小。
针对以上多方面的弊端和诟病，对次系统进行变频改造是不二选择。
3 GBP四象限高压变频器特点及优势GBP四象限高压变频器是焦作华飞电子电器股份有限公司生产的新一代低频回馈矢量控制型高压变频调速器，高压变频器功率单元的数量6kV为15个，10kV为24个。
功率单元经串联叠波升压后，三相输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。
矿井提升机的变频调速改造
一、概况
矿井提升机是煤矿，有色金属矿生产过程中的重要设备。
提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。
某煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用提升机将煤车拖到地面上来。
煤车厢与火车的运货车厢类似，只不过高度和体积小一些。
在井口有一绞车提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周，其两端分别挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的一列车从斜井拖上来，同时把一列空车从斜井放下去，空车起着平衡负载的作用，任何时候总有一列重车上行，不会出现空行程，电机总是处于电动状态。
这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电机的转速一定规律变化。
斜井提升机的机械结构示意如图1所示。
斜井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。
提升机的基本参数是：电机功率55kW，卷筒直径1200mm，减速器减速比24︰1，最高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。
目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，传统斜井提升机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。
这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。
另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。
提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。
这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。
二、改造方案
为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造提升机，可以实现全频率（0~50Hz）范围内的恒转矩控制。
对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。
为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。
矿井提升机变频调速方案如图2所示：
图2 矿井提升机变频调速方案
考虑到绕线式电动机比鼠笼式电动机的力矩大，且过载能力强，所以仍用原来的4极160kW绕线式电机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。
提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。
为显示运行时车厢的位置，使用E6C3-CS5C 40P旋转编码器，即电机旋转1圈旋转编码器产生40个脉冲，这样每两个脉冲对应车厢走过的距离为1200。
则与实际距离的误差值为4-3.9=0.027mm，卷筒运行一圈误差为0.027，已知钢丝绳长度为120m，如果两个脉冲对应车厢走过的距离用近似值3.9mm计算，120m全程误差为120000。
再考虑到实际检测过程中有一个脉冲的误差，则最大的误差在821mm~829mm之间，对于数十米长的车厢来说误差范围不到1米，精度足够。
因此，用计数器实时统计旋转编码器发出的脉冲个数，则可计算出车厢的位置并用显示器显示。
另外一个问题是计数过程中有无累计误差存在？实际检测时，在一个提升过程开始前，首先将计数器复位，第一个重车厢经过某个位置时，打开计数器计数，车厢在斜井中的位置以此点为基准计算，没有累计误差。
在操作台上，用SWP-AC 系列智能型交流电压/电流数字仪表显示交流电压和电机工作电流，用智能型数字仪表显示提升次数和车厢的位置。
三、方案实施
斜井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。
重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩檫力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。
在重车减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。
当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。
另外，有占总运行时间10%的时候单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。
用能耗制动方式必将消耗大量的电能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。
但是，回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。
提升机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量，因此，宝米勒MC200G1850T4 185KW变频器。
由于提升机电机绝大部分时间都处于电动状态，仅在少数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就可以满足重车下行时的再生制动，实现平稳的下行。
井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此制动器用于重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动器制动。
液压机械制动器受PLC和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制，起动时当变频器的输出频率达到设定值，例如0.2Hz，变频器KB、KA端口输出信号，表示电机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行；减速过程中，当变频器的频率下降到0.2Hz时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。
紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器同时起作用，使提升机在尽量短的时间内停车。
提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正﹑反转个三挡速度。
为适应操作工人这种操作方式，变频器采用多段速度设置，X1、X2设为正反转，X3、X4、X5可设挡速度。
变频调速原理图如图3所示：
变频器的设置详请参见MC200T系列变频器用户手册。
四、提升机工作过程
提升机经过变频调速改造后，系统的工作过程阿盛大的变化。
操纵杆控制电机无极调速。
不管电机正转还是反转，都是从矿井中将煤拖到地面上来，电机工作在正转和反转电动状态，只有在满载拖车快接近井口时，需要减速并制动，提升机工作时序图如图4所示：
图4 提升机工作时序图
图4中，提升机无论正转、反转其工作过程是相同的，都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。
每提升一次运行的时间，与系统的运行速度，加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定，运行的时间由操作工人根据现场的状况自定。
图中各个阶段的工作情况说明如下：
（1）第一阶段0～ｔ1：串车车厢在井底工作面装满煤后，发一个联络信号给井口提升机操作工人，操作工人在回复一个信号到井底，然后开机提升。
重车从井底开始上行，空车同时在井口车场位置开始下行。
（2）第二阶段 t1～t2：重车起动后，加速到变频器的频率为f2速度运行，中速运行的时间较短，只是一过渡段，加速时间内设备如果没有问题，立即再加速到正常运行速度。
（3）第三阶段 t2～t3：再加速段。
（4）第四阶段 t3～t4：重车以变频器频率为f3的最大速度稳定运行，一般，这段过程最长。
（5）第五阶段 t4～t5：操作工人看到重车快到井口时立即减速，如减速时间设置较短时，变频器制动单元和制动电阻起作用，不致因减速过快跳闸。
（6）第六阶段 t5～t6：重车减速到低速以变频器频率为f1速度低速爬行，便于在规定的位置停车。
（7）第七阶段 t6～t7：快到停车位置时，变频器立即停车，重车减速到零，操作工人发一个联络信号到井下，整个提升过程结束。
以上为人工操作程序，也可按PLC自动操作程序工作。
图中加速和减速段的时间均在变频器上设置。
五、结语
绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差功率越大。
使用变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。
提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30%以上、取得了很好的经济效益。
另外，提升机变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。
