內(nèi)容摘要：本文介紹了HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)在煤礦主提升機(jī)中的應(yīng)用技術(shù)。在新莊煤礦實(shí)際應(yīng)用表明，改造后的主提升機(jī)變頻調(diào)速裝置達(dá)到了節(jié)能降耗的效果，提高了設(shè)備安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)一步夯實(shí)了安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：同步矢量控制變頻調(diào)速主提升機(jī)

一、引言

煤礦的大型動(dòng)力固定設(shè)備抽、壓、排、提（煤礦四大件）：主井提升系統(tǒng)(或主運(yùn)輸皮帶機(jī))、主通風(fēng)機(jī)、壓風(fēng)機(jī)及主排水系統(tǒng)等高壓大功率用電設(shè)備。因此，電機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)從高壓大功率設(shè)備的變頻改造著手進(jìn)行。尤其煤礦的主提升機(jī)每天約2O多小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，是煤礦生產(chǎn)中的主要耗能設(shè)備之一，對(duì)其進(jìn)行新工藝、新技術(shù)的改造對(duì)于其節(jié)能經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行尤為必要。

二、新莊煤礦主井提升系統(tǒng)基本情況

新莊煤礦為立井，提升高度408米，改造前的調(diào)速方式為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，采用晶閘管開(kāi)端控制電阻的20級(jí)投切，加、減速時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20多秒；減速爬行至停車時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15秒之多，且加速時(shí)電機(jī)電流持續(xù)接近100A耗能嚴(yán)重。且起動(dòng)時(shí)電機(jī)的沖擊電流大火超過(guò)電機(jī)額定電流。因此，對(duì)該主井提升機(jī)進(jìn)行了變頻改造。

（一）改造前主提升機(jī)基本參數(shù)

主立井提升系統(tǒng)是雙鉤12.5噸箕斗,2JK-4/14.14單繩雙滾筒纏繞式提升機(jī)，其調(diào)速系統(tǒng)是交流2×800kw/6kV雙機(jī)驅(qū)動(dòng)的繞線式電機(jī)串電阻凋速系統(tǒng)。

（二）改造后主提升機(jī)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

滾筒直徑：4000mm

滾筒寬度2100mm

提升機(jī)允許最大靜張力：220kN

提升機(jī)允許最大靜張力差：160kN

提升機(jī)與電動(dòng)機(jī)連接方式：聯(lián)軸器聯(lián)接

低速交流變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)

l額定功率：1400kW

l額定電壓：6kV

l額定轉(zhuǎn)速：36r/min

l勵(lì)磁方式他勵(lì)

l工作制：S9

l絕緣等級(jí)：F級(jí)

l防護(hù)等級(jí)：IP44

l冷卻形式：IC37電動(dòng)機(jī)冷卻采用下進(jìn)、出風(fēng)口

合康變頻變頻器：HIVERT-TVF06/173，容量為1800kVA。

三、系統(tǒng)改造的必要性

（一）改造前串電阻調(diào)速方式存住的不足

1.轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能造成巨大的能源浪費(fèi)；

2.電阻只能分級(jí)切換，實(shí)現(xiàn)的是有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)易引起電氣及機(jī)械沖擊；對(duì)電機(jī)軸承、鋼絲繩、減速器齒輪等造成巨大沖擊；

3.低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動(dòng)電流和換檔電流沖擊大；

4.線繞電機(jī)轉(zhuǎn)于因?yàn)楣ぷ鳒囟雀呷菀组_(kāi)焊，滑環(huán)存在接觸不良問(wèn)題，容易引起設(shè)備故障；

5.設(shè)備維護(hù)工作量大、維護(hù)費(fèi)用高；

6.2臺(tái)電機(jī)分別串接三相轉(zhuǎn)子電阻體積龐大，發(fā)熱嚴(yán)重使工作環(huán)境惡化，夏季使環(huán)境溫度高達(dá)600C以上，導(dǎo)致工作環(huán)境惡劣；

7.電機(jī)的功率因數(shù)低，無(wú)功損耗較大。

（二）改造選用HIVERT數(shù)字式同步矢量控制高壓變頻技術(shù)達(dá)到的效果

1.將高壓變頻器應(yīng)用到交流提升系統(tǒng)上之后，再生制動(dòng)，能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)約能量，一般在10%～30%左右，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)0.95以上所以節(jié)能方面大大加強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性能顯著；

2.安全性方面，由于高壓變頻器本身采用的也是微型電腦控制結(jié)構(gòu)，其開(kāi)發(fā)的人機(jī)對(duì)話通訊方式，可以隨時(shí)把電機(jī)的運(yùn)行工況數(shù)據(jù)傳給主控PLC，并且發(fā)生故障時(shí)可以將故障的種類和情況直接傳給主PLC，這樣主PLC會(huì)及時(shí)對(duì)目前的情況進(jìn)行判斷，適時(shí)做出反應(yīng)，并將有關(guān)所有情況反映到上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，便于維修人員進(jìn)行分析，因此大大提高了電控系統(tǒng)的安全性；

3.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，爬行區(qū)有勁兒，加減速快速平穩(wěn)，全速運(yùn)行時(shí)速度保持度好。啟動(dòng)和加減速階段基本不存在機(jī)械沖擊，極大的延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；

4.閘瓦磨損小，輸入輸出諧波含量極低，對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染，對(duì)周邊設(shè)備無(wú)干擾，維護(hù)量??；

5.實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停車，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠；

6.起動(dòng)及加、減速時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

7.運(yùn)行速度曲線成S形，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。

四、HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)解決的問(wèn)題及達(dá)到的效果

（一）由于現(xiàn)在的煤礦大都是多年前設(shè)計(jì)的配套生產(chǎn)設(shè)備，電機(jī)大多選用安裝使用方便的異步電機(jī)，且由于開(kāi)采量、提升量等因素限制，電機(jī)功率選型一般都不大（250kW～1250kW之間）。HIVERT數(shù)字式同步矢量控制高壓變頻技術(shù)解決了提升機(jī)電機(jī)功率受限的問(wèn)題

（二）由于交交變頻當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得不足。HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)解決了交交變頻固有缺陷的問(wèn)題

五、提升機(jī)電控系統(tǒng)

創(chuàng)造性設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)，成功的同時(shí)控制變頻器、同步機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜工況。

（一）直流提升機(jī)、交流提升機(jī)的控制系統(tǒng)

直流系統(tǒng)電控系統(tǒng)和交流電控系統(tǒng)在控制部分對(duì)于速度和位置閉環(huán)的保護(hù)是一樣。直流電控系統(tǒng)、要同時(shí)控制的調(diào)速部分是直流速度調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁部分調(diào)節(jié)器。交流電機(jī)控制的調(diào)速部分是控制高壓變頻器。直流電控和交流同步機(jī)電控同時(shí)還需要控制電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)，而異步交流電控沒(méi)有冷卻風(fēng)機(jī)控制。同步交流電機(jī)的調(diào)速部分是控制高壓變頻器及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

（二）同步電機(jī)提升機(jī)電控系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由高壓配電系統(tǒng)、低壓電源分配系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、安全保護(hù)、上位監(jiān)控、控制部分（安全回路、液壓站控制、可調(diào)閘控制、變頻風(fēng)機(jī)、速度給定、停車、過(guò)卷開(kāi)關(guān)、減速及2m/s定點(diǎn)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)、操作方式、方向選擇、低速應(yīng)急開(kāi)車、允許開(kāi)車、減速回路、測(cè)速回路、高速計(jì)數(shù)）等組成。

（三）提升機(jī)系統(tǒng)采用同步電機(jī)低速直連有何優(yōu)缺點(diǎn)及其難點(diǎn)、特點(diǎn)

采用低速直連優(yōu)點(diǎn)在于省掉了減速器環(huán)節(jié)，同時(shí)也節(jié)省了場(chǎng)地。另外省掉減速器環(huán)節(jié)后對(duì)提升機(jī)的機(jī)械部分維護(hù)大大節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。同時(shí)也減少了消耗在減速器上的功率，提高了效率。

缺點(diǎn)在于低速直連對(duì)電機(jī)的制造工藝要求較高，電機(jī)一般要做成敞開(kāi)式，加工工藝和制造成本比較高，購(gòu)買電機(jī)的成本加大。

相對(duì)于異步電機(jī)的控制，同步電機(jī)控制增加勵(lì)磁控制和冷卻風(fēng)機(jī)控制，其中勵(lì)磁控制部分控制要求隨著電機(jī)溫度提高，勵(lì)磁發(fā)生變化時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器要能夠持續(xù)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，從而保證電機(jī)提升力矩不變。風(fēng)機(jī)控制部分現(xiàn)在多采用低壓變頻器控制風(fēng)機(jī)速度，從而保證電機(jī)溫度適中保持在合理范圍內(nèi)。

絞車系統(tǒng)由先前的TKD系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、低壓變頻系統(tǒng)、高壓變頻異步電機(jī)系統(tǒng)，發(fā)展到數(shù)字控制同步矢量高壓變頻同步電機(jī)直連系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了煤礦提升系統(tǒng)的另一新的技術(shù)領(lǐng)域。

（四）電控系統(tǒng)解決的關(guān)鍵技術(shù)難題

該系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)是高壓變頻技術(shù)控制大功率同步電機(jī)以及電控同時(shí)控制變頻器、同步機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜工況的重大技術(shù)難題。

六、結(jié)語(yǔ)

安全生產(chǎn)是煤礦生產(chǎn)永恒的主題。煤礦主提升機(jī)對(duì)整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用。成果可根據(jù)1KTMN-Ⅱ型數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)提升系統(tǒng)工況的在線監(jiān)測(cè)，可對(duì)相應(yīng)的故障進(jìn)行識(shí)別并提出警示和控制，大大減少了無(wú)故障定期檢修的各種損失，也避免故障時(shí)維修不及時(shí)所造成的重大事故和損失。

低速直連既省掉了減速器環(huán)節(jié)，同時(shí)也節(jié)省了場(chǎng)地。省掉減速器環(huán)節(jié)后對(duì)提升機(jī)的機(jī)械部分維護(hù)大大節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。同時(shí)也減少了消耗在減速器上的功率，提高了效率，變頻器具有良好的線性調(diào)速性能，可以將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量回饋電網(wǎng)，主井提升的噸煤能耗下降20％，提高了電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)能效果明顯。

HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)成功的在新莊煤礦運(yùn)用，事實(shí)證明高壓變頻器有著無(wú)法比擬的優(yōu)越的產(chǎn)品性能和無(wú)法超越的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)；在煤炭行業(yè)的節(jié)能改造中應(yīng)用能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，對(duì)于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型、數(shù)字化礦山發(fā)揮著重要的作用。