浅析矿用提升机变频调速系统

王立男

摘 要：矿用提升机在煤矿生产中具有重要地位，是矿井安全生产的关键设备。在传统提升机控制系统中主要采用转子调控的方式，这种控制方式操作比较复杂，而且可靠性比较差。在信息技术和自动化控制技术的快速发展下，变频调速控制系统在提升机中得到了广泛的应用，因此应当加强其应用研究。

关键词：提升机；变频调速；控制

矿用提升机在可靠性、调速性能以及安全性方面的要求比较高，变频调速作为一种比较新的自动化控制技术，具有调控效率高、可靠性好等优点，能够实现无极差调控，使交流电动机在比较大的范围内实现无极平滑调速。在变频调速系统中，基本都采用了微机控制的方式，这种控制方式手段灵活，而且运算比较快，还能够实现监督、自我诊断等功能。变频调速在提升机的调速控制中具有比较高的可靠性和经济效益，因此逐渐得到了广泛的应用。

1 矿用提升机调速控制系统简介

1.1 提升机的工作原理

矿用提升机一般都是利用电机将装满矿物的列车从斜井中拖上来，在矿物卸载完成之后再将空车利用电机拖动沿着斜井放下去。在矿物开采中，矿物车厢和火车的运货车厢比较类似，但是在体积以及高度等方面比较小。在矿井井口用绞车提升机利用电机带动卷筒旋转，钢丝绳缠绕在卷筒上，然后挂上一列车厢进行提升。在矿井提升的过程中可以分为五个不同的阶段，分别是加速、等速、减速、爬行以及停车抱闸阶段，其中加速阶段是提升机从静止中起动并且加速到最高速度的阶段，在等速阶段提升机以最高速度稳定运行；减速阶段是提升机从最高速度减速到爬行速度；爬行阶段是箕斗定位以及准备停车阶段。

1.2 提升机的工作特点

在煤矿生产中，矿井提升机发挥了重要作用，它也是矿山能够安全生产的关键。提升机的工作性能直接影响到了矿山的安全以及工作的效率。在提升机的工作过程中，箕斗按照一定的速度在矿井中以比较高的速度进行上升和下降的往复运动。因此为了保证提升机安全工作，就必须采取相应的电气控制设备以及完善的保护装置。

1.3 提升机的调速控制方式

提升机按照其使用技术不同，可以分为两大类，直流发电机调速系统和交流发电机调速系统。电动机一般采用交流同步电动机或者交流感应电动机，其中直流调速系统又可以分为G-M、V-M系统以及直流脉宽调制PWM系统。G-M系统是以直流电源电机机组的形式所形成的直流调速系统。它的电源是通过直流发电机来提供电流，以不可调的转速旋转，通过调节发电机的励磁电流大小和方向来改变发电机输出电压的大小和极性。这种调速系统在使用的过程中需要提前打地基，而且设备的体积大、效率低下，在运行的过程中噪音比较高，也不利于维护。V-M系统是静止装置通过调节触发器控制电压，改变触发脉冲的相位来改变整流器的控制角，最终改变可控整流器输出电压的大小和极性来实现直流电动机的平滑调速系统。V-M系统和G-M系统相比具有一定的优势，其可靠性和技术上也更强，而且设备简单，速度调整也更快，但是V-M系统只能够在第一和第四象限内运行，难以满足提升机四个象限内运行的要求，而且在低速运行时会产生比较大的谐波电流，容易干扰到矿山电网的正常运行。直流脉宽调制PWM系统中的电源是通过改变晶体管的导通和关断以及通断比，也就是通过脉冲宽度来调控系统改变输出电压的大小和极性。这种系统在性能上也更加优越，具有快速响应功能，而且在低速运行时比较平稳，电机的损耗和发热也比较小，抗外界干扰能力比较强。

矿用提升机交流调速系统是利用交流异步电动机拖动的方式工作的，在具体的调速方式上可以通过改变交流电动机的同步转速或者不改变同步转速两种方式。实际调速方式中，不改变同步转速的调速方式主要通过串级调速、斩波调速等方式来实现；通过改变同步转速的调速方式由改变定子电压、频率或者变极对数调速等多种方式来实现。变极对数调速是通过改变定子绕组的接线方式来改变定子极对数最终达到改变调速的目的。这种调速方式稳定性比较好，效率高，但是也存在着级差比较大的缺点。变频调速主要是通过改变定子的电源频率来改变其同步转速的调速方法，这也目前常用的变频方式，其特点是效率高，而且应用范围广泛，调速范围比较大等。

2 提升机变频调速系统研究

2.1 变频调速的原理

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与输入电源频率之间的正比关系，改变定子电源频率来达到改变电动机转速的目的。在变频调速技术中实现异步电机的控制方式有很多，在控制方式中主要由V/F、转差频率以及矢量控制等多种方式。V/F控制是交流电机调速最简单的一种方式，只需要保持V/F为常数，从而保证转子磁通量的恒定状态，但是这种控制速度方式的特点是性能比较差，电机的利用效率低。转差频率控制是通过测定异步电动机的转速对转差频率利用闭环控制的方式来实现的，这种控制方式系统比较稳定，而且精度比较高，调速的范围比较广泛，电动机的利用效率比较高。矢量控制是建立在转子磁链定向的基础上，通过坐标的变化来实现，可以将控制电机作为直流电机来进行控制。

2.2 变频调速在提升机中的应用

在过去常用的调速系统中，由于直流调速能够快速实现，而且其调速精度高等优点，占据了提升机变频调速中的主流地位。但是这种调速系统由于环境适应能力差，结构复杂，难以高速运行等缺点，限制了其进一步的应用。对于交流异步电机变频调速来说，其过流能力大，对于环境的适应能力比较强，而且结构简单，容易维护等优点，但是也存在着调速性能不足的缺点。随着近年来微电子技术和控制技术的不断发展，现代控制技术和其它技术一起广泛地应用到交流调速系统中，从而使交流调速系统的应用范围不断扩大。特别是高性能微处理器的出现，为高性能的变频调速系统实现奠定了基础。变频调速控制系统虽然发展的时间比较短，但是变频调速能够实现平滑调速，效率运行高、调速范围广泛等优点在矿井提升机中得到了广泛的应用。

2.3 变频器的选择

在选择变频器时应当根据负荷特点来确定，由于提升机负载属于重力，所以其负载特点属于恒转矩负载。对于恒转矩负载来说，在运行的过程中会存在一定的静摩擦力，而且负载的惯性比较大，所以在启动时要求要有比较高的转矩。这对于变频器来说，要具备足够的低频转矩以及短时过流能力，当低速负载比较大时，往往需要通过提高转矩，但是又会引起电压补偿过高，引起电流保护动作。为了避免这种情况发生，在选择变频器时可以将变频器的容量提高一些，还可以选择使用直接转矩控制或者矢量控制的变频器。

3 结束语

近年来，随着微处理器以及自动化技术的快速发展，矿用提升机的调速控制系统也得到了快速发展，而且其性能也越来越强大，变频调速控制系统作为一种比较先进的系统，不仅能够很好地调控提升机的速度，同时还可以和其它系统结合起来，实现对提升机运行过程的监督管理，有效提升了控制的质量。变频调速控制的调速范围大，能够实现软启动，而且调控的精度也非常高，具有良好的节能效果，在实践应用中有效提高了提升机的安全性和稳定性，这对于提高煤矿的生产效率以及企业的经济效益具有重要的意义。

参考文献

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