煤矿主提升机变频调速控制关键技术分析及应用

陈和 陕西陕煤蒲白矿业有限公司煤矿运营公司

现阶段在煤矿主提升机使用过程中，其中较多采用交-交变频系统，当前该系统得到了较大范围的使用，但是从具体使用中可看出，在电网中会有谐波出现，导致电机出现转矩脉振，对矿井安全生产带来的威胁较大，而选择使用高功率电励磁同步电机变频调速系统，可实现煤矿主提升机工作效果的较好优化，有效增强煤矿企业生产的效率和质量。

一、当前煤矿主提升机变频调速控制面临的突出问题

现阶段，在我国的电力传动研究中，现在使用较多的是二极管嵌位型三电平功率变换器，这种变换器的内部使用的形式主要为拓扑结构，这种结构在很多情况下，相对于当前高效矿井的建设表现出较大的不适应性，提升机内的电力传动系统表现出两个突出的问题：一方面，当前国外煤矿使用的提升机，开支使用交流电-直流电-交流电的三电频变频技术，虽然该种技术效果相对较好，但是总体造价也高，相对于当前煤矿发展的形式表现出较强的不适应性。另一方面，国内煤矿已经经历了较多年的开采，资源枯竭问题明显，很多煤矿已经进入到深部开采的阶段，且仍旧有着向深部发展的趋势，这就对机电设备功率提出了更高的要求，例如，需要使用大功率胶带机、立井提升机等，但是选择使用两电平变频器功率相对不高，多数均能够达到500KW，相对于实际需求表现出较大的差别。

二、煤矿主提升机变频调速控制关键技术

（一）二极管箝位型三电平功率变换器关键技术

当前，高频设备能耗在很大程度上已经成为一种必然，二极管箝位型三电平功率变换器的内在拓扑结构见图1所示，该种拓扑结构在大功率领域与高电压的消耗领域已经成为主流产品，从该产品使用到大功率的方面来看，取得了较好的经济效益。

从该拓扑结构的使用情况来看，在进行整流之前，可选择使用变换器系统，在具体操作网络侧电流时，与整个系统并联的电容器，能够输出包含有五个阶的电流、电压，整体的畸变率非常低，动静态性能也相对较高，产生的噪音也相对较低。

（二）母线工艺技术要点

在变频调速控制中，选择使用母线时，若材质为铜线或者选择的是PET绝缘纸，则在进行硫化之后，可进行无尘封装，可以将其中存在的电感，特别是较为杂散的电感有效控制到最低，对于功率器件开断瞬间中可能出现的反电势也可实现较好控制，也有利于对功率器件进行选择。从当前这种技术的使用情况来看，功率单元使用效果明显提升，母线在使用时也表现出更长的寿命。

（三）直流测支撑电容关键技术

选择使用电力电子专用干式薄膜电容器，该种电容器的主要技术特点是工作条件相对较宽，整体的电流也相对较大，也可以去的高纹波的效果，从具体使用情况来看，使用的寿命超过了20万个小时，整个电容的体积也相对较小，在进行拆卸时较为方便，维护也非常便捷。

图1 二极管箝位型三电平功率变换器拓扑结构图

（四）变频器保护关键技术

为了更好提升变频保护效果，在变频调速控制中，将原有的变频器保护技术作为基础，向其中加入零序电压保护技术、下母线过压保护技术、母线电压传感器校验保护等，通过多层保护技术的应用，较好提升变频调速控制技术效果，更好保证了机械设备使用的安全性。

（五）减少换流回路寄生电感技术要点

从主提升机变频调速功率变换器的换流情况来看，电路中包含的寄生电感侧会导致瞬时翻转电压，对功率器件正常使用带来的影响较大。在出现了电压过高的问题时，容易导致元器件损害，还会有电磁干扰的问题出现。在高功率环境下，寄生电感所产生的能量在进行换向时，整体是相对较高的，若不能通过吸收电路的方式来对电压进行抑制，则需要频率相对较高的电容器对电能进行吸收。所以，在进行高功率的具体转换时，对电压进行限制最为有效的方法就是最大限度的降低整流电路中包含的寄生电感。在对大功率进行转换时，选择使用图2的方式进行堆叠母线连接，取得的效果相对较好（见图2）。

图2 叠层母线示意图

（六）直流制动关键技术

在提升机重车运行的过程中，变频器从高速平滑的方式降低速度，选择使用直流制动的方式，控制提升机运行的速度和状态，在完成制动后，技术人员需控制直流制动信号，确保重车在机械抱闸制动的基础上完成制动。在进行启动时，通过在电动机中加入直流制动信号，将其中的直流制动信号全部去掉，通过增加电压的方式，有效转动提升机。在机械抱闸情况下，变频器对提升机的工作状态进行检测，在机械抱闸开启后，加入直流制动信号，保证重车不会出现下滑的问题。

（七）自动限速保护关键技术

在提升机运行到终点时，技术人员启动减速程序，控制主控器减速，并根据变频器的运行状态，针对性的调整相关的指令信号。如果得到了减速信号，则根据工作频率，按照设定的要求开始低速运行，采用这种模式对于有效防止出现“过卷”的问题非常有效。同时，提升机带有测速发电机，若出现了超速的问题时，变频器也可以进行自动的速度控制。此外，在提升机开机时，也需要按照指定的命令进行操控，在给出不同的命令下，会判断不同命令之间的先后关系，在出现了不符合规定的命令时，变频器不会启动，确保运行的安全性。

三、煤矿主提升机变频调速控制技术应用

建新煤化公司选择使用大功率全数字交-直-交变频矢量控制的方式对主提升机变频器进行有效调速，并选择使用电控配电设备对主提升机的使用情况进行了监测，得到了表1所示的监测结果，从检测数据来看，取得了较好的变频调速效果。

表1 主提升机变频调速系统性能指标

从具体的检测结果与现场的实际使用情况来看，在主提升机变频调速系统中，选择使用三电平功率的方式对变频调速进行控制，取得了较好的控制效果，主提升设备运行速度达到了10m/s，对人员进行提升的速度达到了4m/s，在进行检修时速度控制在2m/s，在这三种工况下，主提升机运行曲线平滑完整，如图3所示，较好保证了矿井主提升机运行的可靠性。

图3 主提升机运行状态示意图

四、结束语

综上分析，全面提升主提升机变频调速效果对于更好保证提升机的工作效果非常关键，但是从当前该技术的使用情况来看，在控制好调速技术等方面还有较大的提升空间，需要及时采取相关的措施进行调整优化，因此，这就需要技术人员充分结合煤矿提升机的使用效果，采取针对性的措施，全面提升变频调速控制效果，更好保证煤矿生产的安全性。