矿井提升系统的应用与分析

贾 民,丁 辉,吕 亮

（铜川矿业有限公司金华山煤矿,陕西 铜川 727000）

1 矿井提升机的作用

在煤矿里矿井分为主井和副井，在主井和副井里都有提升装备，他们的作用有着一些不同。主井是用于提升矿产品，副井的矿井提升机主要用于提升和下放设备、提升废石、下放矿井辅助材料，以及升降人员之用。所以副井提升机的设计要有很高的要求。所以在设计的过程中要考虑到很多的安全因素。但总体设计上主井与副井提升系统还是有相似点的。

2 变频器工作原理分析

变频器首先是将固定频率和电压的交流电利用整流单元整流为直流电，然后再将直流电利用逆变单元变换为频率和电压可变的交流电，供用电设备使用。变频器构成原理如图1。

图1

变频电路种类繁多，其构成基本是由整流单元、滤波电路、逆变单元、驱动电路几部分组成，交流输入可以是单相的，也可以是三相交流电，具体根据使用范围而定，整流单元可以是可控制的，也可以是不可以控制的，根据变频器的工作方式而定。AC-DC-AC变频电路采用先整流后逆变的电能变换方式，能够灵活的改变输出频率，将输出频率提高到几十千赫甚至几百千赫。

逆变单元是变频器的核心部件，其工作原理是利用双向可控电力电子开关（电力场效应管MOSFET、可关断晶闸管GTO、绝缘栅双极型晶体管IGBT等）构成能够改变负载电压方向的电路，利用驱动电路按规律控制电子开关，切换输出电压方向，将整流后输出的直流电能逆变为输出的交流电能，有规律的切换电子开关的周期便可改变交流电能的频率，从面实现改变输出电压，控制电机速度可调，工作原理如图2所示。

图2 变频器中逆变器的基本工作原理图

逆变单元6个可控电子开关按照相差60度的顺序导通，且每个开关的导通角为180度。而且任何时间都有3个开关处于导通状态，电流变换在同一组的相邻桥臂上进行，为180度导电型逆变器，稳定性能较高，输出电压与负载的功率因数无关。

3 可编程序控制器PLC分析

可编程序控制器PLC是在继电器控制技术的基础上集成了微电子技术、计算机技术和自动化技术以及通讯技术发展形成的新型控制装置，其特点是编程方便，可实现现场编写或修改程序，调试方便，体积小，采用插件式结构，维修比较方便，可靠性能高于继电器控制；根据工况所需，可实现个种功能方面的扩展，而且抗干扰能能力强，适应性强，应用灵活，性价比高，易于实现机电一体化。

4 矿井提升电控系统分析

4.1 提升TKD电气控制系统特点

TKD电气控制系统的速度控制是靠有级地切除转子附加电阻，形成有级加速，运行极不平稳。这种速度控制方式对提升机系统无论是机械还是电气设备都会造成频繁冲击，从而缩短机械设备、电气设备以及钢丝绳的使用寿命，而且从用电方面考虑，TKD电控系统是有级地切除转子附加电阻，耗能高；在运行时噪音大，控制电路相对复杂，极易出现故障。整个提升系统的维护、维修量比较大，维护费用高，存在诸多不安全因素，因此在提升机电控方面TKD电气控制系统已经被逐步淘汰。

4.2 提升变频控制系统特点

随着电力电子器件的快速发展，变频技术在社会各种应用领域得到了广泛的应用，在矿井提升系统中，无论是新建提升系统还是改造提升系统基本上变频技术为首选。

变频控制系统的速度控制是靠变频器逆变单元采用可控晶闸管进行斩波控制，使输出电压为可变频率的脉冲列，改变输出电压脉冲列的宽度，便可达到调节输出电压，输出电压改变了，电机速度相应的也就可变了。这种控制方式具有高转矩、高精度、宽调速范围等特点，且低速输出转矩大，过载能力强，结合PLC可编程控制技术基本上可使提升系统做到安全、高效运行。这种控制方式优点颇多，电控电路集成化比较高，线路简单，硬件机械触点少，故障率低，保护功能齐全，维护方便；在整个运行过程中比较平稳，无级调速，减少了机械的冲击，延长了设备使用寿命，减少不安全因素，对矿区产生了非常可观的安全经济效益。

5 结束语

在矿区实践应用过程中，变频控制系统对于矿井绞车提升、皮带运输、水泵等方面使用效果显著，对于大功率电机起动平缓，运行稳定，而且控制电路相对简单，便于维护，故障率低，已经成为电力电子技术发展中最为活跃的部分。在双电机拖动的应用场合中，其效果更为突出，可以很好的解决双电机出力不均，功率不平衡的现象，延长用电设备的使用寿命。我相信随着电力器件的快速发展，变频技术会逐步成为工业控制技术的核心，有较好的发展前景，研究与分析变频技术意义比较深远。

[1]王整风.可编程控制器原理与实践教程[M].上海交大出版社,2007.

[2]李贺.高压变频技术在矿井提升机中的应用[J].煤矿机械,2008.