摘 要：本文介绍了高压变频器在矿山提升机上的应用情况, 对高压提升变频调速系统改造过程及效果作了论述。
1 用户简介
雄山煤炭有限公司是长治市长治县一家集体企业，公司下辖二个矿井，是产、供、销统一管理，人、财、物统一调配的紧密型经济实体，是长治县重点骨干企业，是长治县利税大户之一，煤炭年生产能力130余万吨，2006年利税超过1.3亿元。长治县雄山煤矿属于雄山煤炭有限公司矿井之一，位于长治县西南角，是该县重点煤炭企业之一,位于207国道和长晋高速路西,2002年投产。选用的洛阳矿山机械厂生产的绞车，年产煤量80万吨，属于二轻局管辖的国营集体煤矿，属于县第三大煤矿。
2 提升绞车改造前设备情况长治县雄山煤矿属于雄山煤炭有限公司矿井之一，位于长治县西南角，是该县重点煤炭企业之一,位于207国道和长晋高速路西,2002年投产。选用的洛阳矿山机械厂生产的绞车，年产煤量80万吨，属于二轻局管辖的国营集体煤矿，属于县第三大
副井提升绞车选用洛阳矿山机械厂1984年生产的提升机。滚筒直径是2.5米，直井，双罐笼。主要作为人员及辅料的运输，启动频繁，负载变化范围大。主要设备参数如下：
电机参数 减速机参数
型号：JRQ1410——-10 型号：ZHIR—130K
转速：590转/分 数比：30：1
功率：200KW 最大输入转速：750转/分
频率：50Hz 最大输出扭矩：18000公斤·米
定子电压：6000V 重量：11950公斤
转子电压：511V 编号：84——-044
定子电流：27A 生产日期：1984年
转子电流：248A 生产厂家：洛阳矿山机器厂
生产厂家：江西电机厂
调速方式为转子串电阻调速，电动机转子串电阻调速系统的调速属有级调速，调速范围受限，调速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放时，需要动力制动与转子串电阻及制动闸配合操作，司机不易控制，安全性能差。在减速时和下放重物时，投入动力制动，不仅消耗外加直流电能，而且还将电动机上的再生电能消耗在转子串接的电阻上，浪费了大量的电能，且运行维护量大，维护费用高，司机操作难度大，劳动强度大。改造提升机用变频器是在原提升机电控系统的基础上，用变频调速系统替代原工频调速系统，同时保留工频调速系统，使两套系统互为备用，增加系统运行的可靠性。经矿方多方面考察，公开招标，山东新风光生产的JD-BP37-280T型高压变频器提升系统中标胜出。
3 新风光高压提升机变频器系统的特点
（1）JD-BP37—280T型高压提升变频调速器采用西门子IGBT为主控器件，采用先进的矢量控制变频调速技术，以DSP单片机为核心，精心巧妙科学的程序逻辑，以彩色液晶触摸屏为人机对话界面，科学人性化的界面语言，全中文的语言显示，便于操作及查询。高可靠性、易操作、高性能的四象限运行的高压提升机变频器，即可用于鼠笼式电机也可用于绕线式电机，即可用于新矿井安装，也可用于老矿井改造。新风光高压提升变频器，采用若干个低压逆变器功率单元串联的方式实现直接高压输出，所用的6KV高压提升变频器，变压器有18组付边绕组，每相分为6个功率单元，三相共18个单元，采用36脉冲整流，输入端的谐波成分远低于国标规定。高压提升变频器系统结构图如下图1示。功率单元电路结构2示。
图1 高压提升变频器系统结构图
图2 功率单元电路结构
高压提升变频器是整个电控系统的一个核心部分，它具有与电控系统相适配的各种接口。它接受操作台电控系统的操作命令，包括开停机、正反转、抱闸信号及速度命令，急停命令，安全回路启动，按照操作命令进行，同时它又将运行状态，包括工作频率、电机电流、电源电压、电流及故障信息随时送给电控系统。变频器本身又将工作信号及工作状态自动记录以备查阅，依据用户要求连接打印设备，每班数据打印，形成设备报表。变频器的所有输入、输出接口均进行了隔离，避免对变频器引入干扰。当电机处于负力提升时，变频器实时检测进行能量回馈电网。
（2）操作台（双PLC系统和中间继电器）
操作台上设有各种工况显示设备，以彩色液晶触摸屏为主要显示设备，显示各外部接点动作状态， 各模拟量回路状态等，视觉更加直观，便于维护保养工作。同时还具有必要的开关量、模拟量的数字显示，可以独立提供必要的提升数据，其中包括：安全回路指示灯，油压数字显示液压表，减速、故障声光报警显示，高、低压表,电流表等。控制回路既有触摸屏软节点控制，减少按钮及继电器触点的维护量，又有继电器线路硬接点的控制，应急备用。双PLC及双控制回路的操作台系统更加经济安全可靠。
4 改造过程
经矿方依据生产情况确定设备改造时间定于2008年9月中旬进行。为不大面积影响煤矿生产，把辅料预先下放到位，间歇性停机改造。改造顺序如下:
（1）先把变频器安装到位，初步调试正常。
（2）然后进行主回路线路改造，主回路改造原理图如下：
图3 主回路图
图3中K1、K2、K3为三台高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K1、K3与K2采用电磁互锁操动机构，实现电磁和机械互锁。K4为转子侧双掷开关，变频运行时，K4切换到变频侧，绕线电机转子线圈经双掷开关K4后处于短接状态;工频运行时，K4切换到工频侧，绕线电机转子线圈经K4接至原调速电阻装置。当K1、K3闭合，K2断开，K4切换到变频侧，电机变频运行;当K1、K3断开，K2闭合，K4切换到工频侧，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。另外，为了保证安全，变频器高压连跳信号和上一级的高压断路器也实现互锁，变频器高压连跳串入上一级高压断路器的脱扣线圈，变频器出现故障时，上一级的高压断路器断开，实现高压故障连跳功能。
（3）再进行操作台的固定安装，连接操作台与变频器之间的连线，调试操作台与变频器的信号传递，正常后把变频器和操作台联入到原操作系统中统调，带重载调试这是改造中的重点部分。整个改造工程流程图如下：
图4 改造流程图
（4）高压变频调速提升系统可以实现提升绞车的自动运行和手动运行两种方式：
①自动运行方式
正常工作状态下，利用变频器及操作台内PLC丰富的编程控制能力，通过设置适当的参数，变频器完全实现自动化运行，极大地提高了提升机的运行效率及运行安全，大大降低了司机操作工的劳动强度。自动运行速度图如下：
图5 自动运行方式
图5中，以正转为例，开机时低速爬行时间t1、收到减速信号后减速动作时间t2、中速运行时间t3、停机前爬行时间t4根据现场情况可以自由设置。提升机运行过程中，除开、停机外，可以不需要人工干预。
② 手动运行方式
手动和自动运行方式可在操作台进行选择，特殊负载运行需要的情况下可用手动方式，操作者通过主今控制器控制电机转速，以实现电机的爬行、加速、减速、恒速运行，但在系统给出减速信号后，为保证整个系统安全，变频器仍然会启动机内自动减速程序。
5 现场应用情况及运行效果
雄山煤矿提升机变频设备改造工程调试一次成功，变频器已经平稳运行近一年时间。使用变频提升调速系统后有以下优点：
（1）变频系统无需原电控调速用的交流接触器及调速电阻，提高了系统的可靠性，改善了操作人员的工作环境及劳动强度，使噪音及室温降低。
（2）调速连续方便，连续平滑调节。
（3）实现了低频低压的软起动和软停止，使运行更加平稳，机械冲击小。
（4）启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大电流不超过1.3倍的额定电流，提升机在重载下从低速平稳无级平滑的升至最高速，没有大电流出现，减小了对电网的冲击。
（5）采用回馈制动技术，成功解决了位能负载再生发电能量处理问题，保证了变频器的安全运行。
（6）节能效果显著。据实测，在低速段节能明显，一般可达到37%以上。
鉴于风光高压提升变频系统改造的良好效果，同期改造的主井提升系统也采用我公司生产的高压变频器。
文章来源：中国传动网
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