矿井提升机变频调速系统应对供电质量的控制策略

张 全（黑龙江省七台河市茄子河区煤炭生产安全监督管理局，黑龙江 七台河 154600）



矿井提升机变频调速系统应对供电质量的控制策略

张 全
（黑龙江省七台河市茄子河区煤炭生产安全监督管理局，黑龙江 七台河 154600）

摘 要：在现代社会发展的进程中，矿井提升机在使用的过程中普遍采用变频调速系统进行控制，这一运行模式对供电质量的控制也起到了重要的作用，并且在定位以及制动方面可以带来更加准确的效果。随着新技术手段在变频调速系统中的应用，提升机的整体性能得到了有效的保证，对于其安全稳定的运行提供了基础性的保障。本文针对这方面的内容进行了详细地论述，希望在今后的工作中可以对变频调速系统进行更加有效地控制，保证供电质量的稳定性。

关键词：矿井提升机；变频调速系统；供电质量；控制策略

矿井提升机主要应用在煤矿生产的过程中，对于矿山生产将会起到重要的作用，所以加强对提升机的有效控制是一项系统性并且需要一定技术含量的工作，将其应用在煤矿开采的工作中，能够有效的提升矿山的生产效率，并且在安全性方面也将会得到重要的保障。随着我国对煤矿开采工作的愈发重视，在矿井提升机的控制方面通常都会采用变频调速系统进行控制，这种控制方法在我国已经基本形成，可以说我国当前的煤矿生产基本上已经进入了变频调速的时代。

1 矿井提升机变频调速系统在我国的发展现状

从整体上来看，这一系统在我国的应用已经达到了比较成熟的水平，所以在运行的过程中其可以达到自动加速的效果，保证矿井中正常的运行，在运用了这一系统进行控制后，真正实现了进行软启动以及平滑调速的效果。除此之外，在提升机的运行过程中，还能够恰到好处地给定S形速度，有效地实现了对加减速时间、上下限频率等相关目标的控制。可以说，我国目前所使用的变频调速系统中主要是以交-直-交高压为主，这种类型的变频控制主要在以下几个方面具有重要的作用。首先是能够有效地提升工作效率，并且不会产生较多的损耗，起到了节能减排的作用。其次是在应用范围上，具有更加广阔的发展空间，值得在其他相关行业中进行推广，尤其是在笼型异步电动机中可以得到进一步的应用。第三是在调速的方面，具有几个不同的档，范围更加广阔，并且能够达到更加准确的精度。第四是在整个调节的过程中，都是运用计算机进行控制的，可以直接将监测结果体现在显示器中，这样就更加便于观察以及随时进行调控，也能对故障进行相应地诊断。随着这一控制系统的应用，我国在矿井生产过程中变得更加安全稳定，但是相应的一些其他问题也随之出现，只有保证供电质量更加稳定，才能实现变频调速系统的使用，如果高压电网不稳定，那么也就会在一定程度上制约着变频调速系统的使用。

2 对供电质量的基本要求以及故障分析

在进行具体工作的过程中，需要确保电源的稳定性，只有将电源保持在更加稳定的状态下，才能降低故障的出现。在当前的工作中，主要出现的故障集中在以下几个部分。首先是在电动机运行的过程中，频率减少时，随之电动机的同步转速也会呈现出下降的趋势，在惯性的影响下，转子转速并不会发生改变，这样在电动机轴上的转矩就会转化为制动转矩，导致电动机转速呈现出下降的趋势，随之进入到再生制动状态之中。

其次，髙压变频调速系统功率输出部分驱动电路采用的IGBT晶体管存在所谓擎住效应。由于IGBT半导工艺结构上存在一个寄生晶体管，也就是寄存可控硅。IGBT的理想等效电路如图1所示。

它是一个PNP双极晶体管和功率MOSFET采用达林顿连接而形成的单片BI-MOS晶体管。而实际的IGBT的等效电路却如图2所示。

IGBT实际等效电路与理想等效电路的不同之处在于T2与T3分别是由可控硅与功率MOSFET构成的。图中T2是有条件的寄生存在的，正常使用不存在T2，当电流突然增大其压降大到能够使寄生T2导通，T2与T3晶体管门极控制作用失灵，形成自锁现象，这就是擎住效应。

第三种情况是在伺服驱动的过程中产生的一种情况，当感性电机负载冲击到IGBT晶体管时，通过变频调速系统就会将现有的工作状态传导入电网中，此时系统正处在减速的运行阶段，而电机正处在再生制动的状态中，如果电网出现断路的情况，在大电流的影响下就会产生擎住效应，造成矿井提升机不能正常地进行升降，由此会产生一系列的安全事故。

图1理想的等效电路

图2实际的IGBT等效电路

3 控制矿井供电质量的具体措施

为了保证煤矿工人进行更加安全的生产工作，就需要对矿井提升机的应用加以重视，因为在矿山生产中，这一设备是不可或缺的设备之一，通过对矿井提升机性能的不断提高，便能够确保煤矿的生产效率，将煤矿生产得到更加安全的保障。对此，笔者认为应该进一步提升矿井的供电质量，从变频调速的方面入手，这样才能从根本上为矿井安全提供基础性的保障。要想确保矿井提升井能够得到有效的控制，就需要对供电质量进行进一步地管理。笔者主要从以下几个方面提出了相应的措施。

（1）首先，一定要保证供电区域的电流状态，并且以此为基础对矿井提升机的运行制定出更加准确的方案。操作人员也应该进一步强化自身的隐患意识，严格按照操作指令中的要求进行控制，并且随时观察电网中电压的变化情况，如果出现问题，就要及时采取应急措施予以解决。进一步提升运行，这样就能缓解因为负荷量增大而产生的压降情况。如果天气出现异常，那么就要采用灾害天气的预防方案，禁止在灾害天气中继续使用提升机，以防止因为供电故障而发生的安全事故。

（2）在对变频调速系统进行控制的过程中，需要注意的是在拖动系统出现转速下降的过程中，动能逐渐降低的状况，在这种情况下，电动机便不能将电能传输回电网中，从而造成泵生电压的情况，此时的电压如果超出一定的数值，那么就需要再增设一条放电回路，将增生的电能逐步消耗掉。通过对电路的进一步优化设计，能够将电动机的定子电源得到有效的控制，取得保护电路的作用。

（3）常规矿井提升机的交流电动机，通常都是在额定频率、额定电压下工作的。此时，轴上输出转矩、输出功率都可以达到额定值。在变频调速的情况下，供电频率是变化的，电机的实际输出也会变化，由于变频器有一定的通用性，因此在与不同拖动场合的电机配合时，必须合理选择容量。同时在一台变频器驱动一台电机的情况下，变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的额定电流，或者是变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。

（4）采用变频调速系统后，由于所采用的电路均为大规模和超大规模的集成电路，结构简单并且不需要大量的元器件，大大地减少了原来系统的故障点，有效保障了矿井提升机的运行安全性与供电稳定性。

结语

保证矿井工作的安全性是目前工作的重中之重，因此需要相关部门对矿井发生安全事故的主要原因进行调查研究，从而得到有效地控制。本文主要对其中的重要影响因素，即矿井供电质量的问题进行了论述，希望得到有效解决。影响矿井供电质量的主要因素在于高压变频调速系统出现了故障，受到操作方面或者制造工艺等方面诸多因素的影响，所以只要加强质量管理，操作方面的问题是完全可以得到避免的。只要使驱动电路改进得更加完善，就能实现保护的目标。

参考文献

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［2］马秀双.浅谈变频调速技术在矿井提升机改造中的应用［J］.黑龙江科技信息，2007（5）：125.

［3］董广民，张国宾.矿井提升机变频调速系统应对供电质量的控制策略［C］.第24届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第6届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集，2014-08-29：53-54.

中图分类号：TD633

文献标识码：A