内容摘要：本文介绍了HIVERT同步矢量控制高压变频技术在煤矿主提升机中的应用技术。在新庄煤矿实际应用表明，改造后的主提升机变频调速装置达到了节能降耗的效果，提高了设备安全可靠运转，进一步夯实了安全生产的基础。
关键词：同步矢量控制 变频调速 主提升机
一、引言
煤矿的大型动力固定设备抽、压、排、提(煤矿四大件)：主井提升系统(或主运输皮带机)、主通风机、压风机及主排水系统等高压大功率用电设备。因此，电机的节能经济运行应从高压大功率设备的变频改造着手进行。尤其煤矿的主提升机每天约2O多小时连续运行，是煤矿生产中的主要耗能设备之一，对其进行新工艺、新技术的改造对于其节能经济、安全运行尤为必要。
二、新庄煤矿主井提升系统基本情况
新庄煤矿为立井，提升高度408米，改造前的调速方式为转子串电阻调速，采用晶闸管开端控制电阻的20级投切，加、减速时间长达20多秒;减速爬行至停车时间长达15秒之多，且加速时电机电流持续接近100A耗能严重。且起动时电机的冲击电流大火超过电机额定电流。因此，对该主井提升机进行了变频改造。
(一) 改造前主提升机基本参数
主立井提升系统是双钩12.5吨箕斗,2JK-4/14.14单绳双滚筒缠绕式提升机，其调速系统是交流2×800kw/6kV双机驱动的绕线式电机串电阻凋速系统。
1、改造后主提升机系统相关技术参数
滚筒直径：4000mm
滚筒宽度 2100mm
提升机允许最大静张力：220kN
提升机允许最大静张力差：160kN
提升机与电动机连接方式：联轴器联接
低速交流变频调速同步电动机
额定功率： 1400kW
额定电压： 6kV
额定转速： 36r/min
励磁方式 他励
工 作 制： S9
绝缘等级： F级
防护等级： IP44
冷却形式： IC37 电动机冷却采用下进、出风口
合康变频变频器：HIVERT-TVF06/173，容量为1800kVA。
三、系统改造的必要性
(一)改造前串电阻调速方式存住的不足
1.转子回路串接电阻，消耗电能造成巨大的能源浪费;
2.电阻只能分级切换，实现的是有级调速，设备运行不平稳易引起电气及机械冲击;对电机轴承、钢丝绳、减速器齿轮等造成巨大冲击;
3.低速转矩小，转差功率大，启动电流和换档电流冲击大;
4.线绕电机转于因为工作温度高容易开焊，滑环存在接触不良问题，容易引起设备故障;
5.设备维护工作量大、维护费用高;
6.2台电机分别串接三相转子电阻体积庞大，发热严重使工作环境恶化，夏季使环境温度高达600C以上，导致工作环境恶劣;
7.电机的功率因数低，无功损耗较大。
(二)改造选用HIVERT数字式同步矢量控制高压变频技术达到的效果
1.将高压变频器应用到交流提升系统上之后，再生制动，能量回馈到电网，节约能量，一般在10%～30%左右，网侧功率因数0.95以上所以节能方面大大加强，经济性能显著;
2.安全性方面，由于高压变频器本身采用的也是微型电脑控制结构，其开发的人机对话通讯方式，可以随时把电机的运行工况数据传给主控PLC，并且发生故障时可以将故障的种类和情况直接传给主PLC，这样主PLC会及时对目前的情况进行判断，适时做出反应，并将有关所有情况反映到上位监控计算机上，便于维修人员进行分析，因此大大提高了电控系统的安全性;
3.启动转矩大，爬行区有劲儿，加减速快速平稳，全速运行时速度保持度好。启动和加减速阶段基本不存在机械冲击，极大的延长了设备的使用寿命;
4.闸瓦磨损小，输入输出谐波含量极低，对电网无污染，对周边设备无干扰，维护量小;
5.实现了软启动、软停车，实现无级调速，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠;
6.起动及加、减速时冲击电流很小，减轻了对电网的冲击，简化了操作、降低了工人的劳动强度。
7.运行速度曲线成S形，使加减速平滑、无撞击感。
四、HIVERT同步矢量控制高压变频技术解决的问题及达到的效果
(一)由于现在的煤矿大都是多年前设计的配套生产设备，电机大多选用安装使用方便的异步电机，且由于开采量、提升量等因素限制，电机功率选型一般都不大(250kW～1250kW之间)。HIVERT数字式同步矢量控制高压变频技术解决了提升机电机功率受限的问题
(二)由于交交变频当输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和转矩脉动得不足。 HIVERT同步矢量控制高压变频技术解决了交交变频固有缺陷的问题
五、提升机电控系统
创造性设计电控系统，成功的同时控制变频器、同步机的励磁系统、冷却风机系统复杂工况。
(一)直流提升机、交流提升机的控制系统
直流系统电控系统和交流电控系统在控制部分对于速度和位置闭环的保护是一样。直流电控系统、要同时控制的调速部分是直流速度调节器和励磁部分调节器。交流电机控制的调速部分是控制高压变频器。直流电控和交流同步机电控同时还需要控制电机冷却风机，而异步交流电控没有冷却风机控制。同步交流电机的调速部分是控制高压变频器及励磁调节器。
(二)同步电机提升机电控系统
系统主要由高压配电系统、低压电源分配系统、操作系统 、安全保护 、上位监控 、控制部分(安全回路、液压站控制、可调闸控制、变频风机、速度给定 、停车、过卷开关 、减速及2m/s定点监测开关 、操作方式 、方向选择 、低速应急开车 、允许开车 、减速回路 、测速回路 、高速计数 )等组成。
(三)提升机系统采用同步电机低速直连有何优缺点及其难点、特点
采用低速直连优点在于省掉了减速器环节，同时也节省了场地。另外省掉减速器环节后对提升机的机械部分维护大大节省了时间和费用。同时也减少了消耗在减速器上的功率，提高了效率。
缺点在于低速直连对电机的制造工艺要求较高，电机一般要做成敞开式，加工工艺和制造成本比较高，购买电机的成本加大。
相对于异步电机的控制，同步电机控制增加励磁控制和冷却风机控制，其中励磁控制部分控制要求随着电机温度提高，励磁发生变化时，励磁调节器要能够持续调节励磁电流，从而保证电机提升力矩不变。风机控制部分现在多采用低压变频器控制风机速度，从而保证电机温度适中保持在合理范围内。
绞车系统由先前的TKD系统、直流系统、低压变频系统、高压变频异步电机系统，发展到数字控制同步矢量高压变频同步电机直连系统，开创了煤矿提升系统的另一新的技术领域。
(四)电控系统解决的关键技术难题
该系统中的关键技术是高压变频技术控制大功率同步电机以及电控同时控制变频器、同步机的励磁系统、冷却风机系统复杂工况的重大技术难题。
六、结语
安全生产是煤矿生产永恒的主题。煤矿主提升机对整个矿井的安全生产具有至关重要的作用。成果可根据1KTMN-Ⅱ型数字监控系统对提升系统工况的在线监测，可对相应的故障进行识别并提出警示和控制，大大减少了无故障定期检修的各种损失，也避免故障时维修不及时所造成的重大事故和损失。
低速直连既省掉了减速器环节，同时也节省了场地。省掉减速器环节后对提升机的机械部分维护大大节省了时间和费用。同时也减少了消耗在减速器上的功率，提高了效率，变频器具有良好的线性调速性能，可以将制动时产生的能量回馈电网，主井提升的吨煤能耗下降20%，提高了电网的功率因数，节能效果明显。
HIVERT同步矢量控制高压变频技术成功的在新庄煤矿运用，事实证明高压变频器有着无法比拟的优越的产品性能和无法超越的技术领先优势;在煤炭行业的节能改造中应用能够创造巨大的经济效益和良好的社会效益，对于创建节能环保型、数字化矿山发挥着重要的作用。
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