高压变频器在矿井提升机电控系统上的应用

高压变频器在矿井提升机电控系统上的
应用
摘要：文章主要是分析了矿井主提升机电控系统的发展历程，同时讲解了高压变频在矿井主提升机上的实际应用情况，望能为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键词：高压变频器；主提升机；功率单元
1引言
煤矿主提升机是矿井中重要的组成部分，其对矿井的安全生产起到了十分重要的作用。

主提升机中的电控系统是其的核心设备，其的实际运行情况会直接影响到主提升机的运行。

文章主要是分析和探讨了高压变频器在煤矿主提升机上的具体应用情况。

2提升机电控系统发展过程
20世纪50年代至60年代初期，属于提升机电控系统发展的第一阶段,采用串电阻调速方式,由高压接触器换向,由继电器进行控制的方式，绕线式异步电动机转子回路串电阻后能限制启动电流和提高启动转矩,并能在-定范围内调速,具有结构简单.坚固耐用、安装方便、维护简单等优点。

目前,这种拖动系统在我国中小型矿井和部分老矿井还有-定的市场。

在随后的发展过程中，提升机电控系统还经历了发电机一电动机拖动和晶闸管整流装置供电的直流拖动阶段。

到了80年代初期,世界上第一台交-交变频器供电的同步电动机拖动的矿井提升机在西德问世，标志着井提升机的电力拖动进人了交流变频拖动阶段。

交变频器是将三相交流电源从固定的电压和频率,变换成电压和频率可调的交流电源,不需设置中间耦合电路,主要优点是只进行一次能量交换,所以效率较高。

随着科学技术的不断发展和进步，到80年代中期,高压变频器的产业化开始形成，交-交变频器已经发展成为交-直-交变频器，使用的主要元器件已经SCR.GTR GTO发展到ICBT、
IECT ICCT(SCCT)等,功率范围从几百千瓦到几十兆瓦，技术已经成熟，可靠性
得到保证,在各行业机电设备中的应用越来越广。

3高压变频在矿井主提升机上的应用
3.1变频控制的工作原理
变频器是将50Hz或60Hz固定10kV或6kV电网频率变换成0～50Hz可调频
率的功率变换设备。

高压变频器主要是指输出电压 3kV 以上的变频器。

由电机
学的基本原理可知，异步电机的转速基本上正比于输入电源的频率，即满足下式：n＝（1－s）60f/p＝n 0×（1－s）在负载较小的情况下，电机的同步转速n 0
可以近似等于实际转速n，上式可简化为：n＝60f/p由简化公式可以得出这样的
结论，如果想改变电机的转速，最有效的办法就是改变输入频率或者是极对数。

而极对数是不容易改变的，所以我们可以通过改变输入频率来改变电机的转速。

3.2高压变频在矿井主提升机上的应用
某矿在2011年对副斜井2JK-3.5x1.7E型主提升机进行改造时，将原来的JTDK-TC-ZKT型电控系统更换为6kV高压交-直-交变频PLC电控系统,它是采用高
-高方式的变频器。

我们所用的属于6kV系列,共有15个功率单元,也就是每相直
接用5个变频器模块串联后构成-相，主要元件为整流桥和IGBT,进行波形控制,
可得到单相交流输出。

它是直接使用高压电源,直接输出高压,来供高压变频电机
使用。

主提升机采用的HARSVERT--FVA06/075型高压变频器由3部分组成:移相
变压器、功率单元以及控制器高压变频器的输人侧由移相变压器(移相变压器为
干式变压器,H级绝缘,系统温度可达185C,能够完全消除电网侧电压、电流谐波)
给每个功率单元供电,移相变压器的副边绕组分成3组,由相对应的功率单元进行
逐级串联，由功率单元进行波形控制,采用24、30.48脉冲系列组成的多级移相、逐级叠加,可以极大地改善输人侧的电流波形,使功率因数非常接近于1。

移相变
压器的副边绕组和功率单元的主回路都是相互独立，便于采用目前非常成熟的低
压变频技术进行控制。

变压器冷却采用风冷方式,底部配置6台冷却风机,并配置
了超温报警和极温跳闸保护，三相温度循检仪和柜体上的温度显示系统可直观显
示变压器温度。

变压器顶部还设置了EBM后向离心风机,这些配置都可以有效保
证变压器的安全运行。

变频器的输出侧由每个单元的U.V输出端子相互串接而成
星型接法给电机供电,通过对每个单元的波形进行重组，可得到阶梯正弦波形，
这种波形正弦度好，对电机和电缆的绝缘无损坏,无需输出滤波器,电机的谐波损
耗大大减少,消除了由此引起的机械振动,减小了轴承和叶轮的机械力。

另外,柜
内还附带输出电流和电压检测功能，每一个功率单元相当于一台交一直一交电压
型单相低压变频器。

高压变频器的功率单元柜,功率变换部分为模块化设计,功率
模块为基本的交-直一交单相逆变电路;功率单元内部完全采用进口优质器件,具
有可靠性高、维护简便的特点。

高压变频器中的控制柜采用电磁兼容设计，控制
器由主控箱、人机操作界面(监控台)和PLC等3部分组成。

主控箱的主要部件为
高速单片机,可以从人机界面和PLC接收各种指令,同时监控功率单元的状态和故障,送到人机界面显示,通知PLC进行相应的保护。

为满足现场人员的操作和观察，系统提供了全中文监控画面,操作人可以通过人机操作界面设定各种参数和功能，查询故障记录和运行记录,使用方便操作简单,解决了变频调速系统与现场接口的
对接问题，同时可实现远距离监测监控以及网络化控制。

控制器模块内部配置了PLC进行各种信号、逻辑处理,对系统的状态和故障进行监测监控,综合判断系统
内外的各种状态,实现对变频器的启动、停机、急停控制,对变频器故障的报警与
保护。

实现了与工业现场的对接,使变频器在各种现场环境中都能够达到我们所
需要的控制要求。

控制器与功率单元之间的通信方面,采用了光纤技术，可完全
可靠地隔离低高压部分，抵抗电磁干扰,可以有效保证系统的安全性、可靠性。

另外,控制器还配备了UPS,即使控制电源掉电时,仍可由UPS持续供电,变频调速
系统可以连续运行。

主提升机采用的HARSVERT- FVA06/075 变频器选用内置PLC,可完成小规模现场自动控制，内置的PID直接构成压力、流量的自动控制系统，可自动控制阀门、挡板的开关。

高压变频器中的移相输人电压谐波小于4%，
多脉冲整流,对电网无谐波污染,将变频器对电网的谐波影响减小到最少。

使用变
频技术,由于我们采用的是电压源型变频器,直流环节为电容，电机需要的无功电
流由电容提供，而不需要和电网交换,变频器输人功率因素高,功率因数基本接近
于1,在整个速度范围段内基本保持不变。

4结语
由上可知，在矿井主提升机上应用到高压变频器能真正实现了软启动，能有效减少到主提升机发生故障的几率和维护费用，同时还能保障到设备的安全正常运行，为矿井的安全生产奠定了良好的基础。

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