高压变频调速技术在矿井提升机中的应用

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1、高压变频调速技术在矿井提升机中的应用刘晓玲黄河水利职业技术学院机电系摘要：针对矿井提升机屮采用转子串电阻，晶闸管调速等传统调速方式存在的问题，分析了采用高压变频调速代替原有电控系统，并介绍了高压变频器调速系统的结构原理及特点，应用高压变频调速系统不仅提高了电控系统控制精度及调速性能，而且有效的提升了矿井提升机的工作效率与安全性能。关键词：高压变频器;提升机;调速;作者简介：刘晓玲（1974-），天津武清人，硕士研宂生，从事电机与电气控制、PLC控制教学与研宄。基金：河南省青年骨干教师资助项B资助，项B编号:2013GGJS-2000引言矿井提升机是矿山生产的重要运输设备，因此，矿井提升机控制

2、系统必须具有安全可靠、运行高效且定位准确的能力。直流电机虽然具有良好的调速性能，但是其结构复杂，电刷和换向器故障较多，能耗大，所以逐渐被交流变频调速系统所取代。高压变频器具奋调速性能好、功率因数高、谐波电流小、能量可双向流动，可节能30%以上，成为国家节能工程重点推广技术。采用交流调速取代直流调速己成为矿井提升机控制系统的发展趋势。1矿井提升机的调速系统比较1.1转子串电阻调速交流单机、双机拖动的提升系统目前仍然大量地采用绕线电机转子串联电阻的调速方式，此调速方式存在的问题：（1）转子回路串联5至10级电阻，一部分功率消耗在电阻上，能耗高，结构复杂，体积大；（2）调速属于有极调速，造成运行不

3、平稳，易引起电气和机械冲击；（3）重物下放状态无法通过转子电阻在额定转速以下运行；（4）绕线电机滑环存在接触不良，容易引起设备故障；（5）功率因数低。1.2直流调速系统直流电机调速性能好，调速范围广，易于实现平滑调速，并且启动和制动转矩大，过载能力强等优点，但仍有不足之处：（1）与同容量，同转速的交流电机和比，直流电机造价高，体积大；（2）直流电机存在电刷和换向器，结构和制造工艺复杂，较交流电机故障率高，维护工作量大、维护费用高；（3）以晶闸管整流设备为基础的直流调速系统的谐波污染严重，功率因数低，对电网造成谐波污染大。1.3变频调速交流变频调速是把工频50Hz交流电转换成频率和电压可调的交

4、流电，从而改变交流电机的电压和频率，达到调节电机转速的目的。提升机高压变频调速系统主要由高压变频器、高压交流电机、调速控制系统组成。它的优点是可根据负载的变化实现自动、平滑调速;可以在线直接启动，而且启动电流小，启动转矩大，启动冲击小;保护功能完善;节能效果明显。采用变频调速后，风机、泵类负载的节能效果最明显，节电率据有关资料查询可达到70%。另外对电动机的一些参数做到补偿，对电源的缺相、欠压、过压、过流等都能做到及时、准确的检测，而自动采取相应的措施保护电动机，这对煤矿提升机工作稳定性尤为重要。2矿井提升机高压变频调速系统矿井提升机由于功率大，低压电机不能满足要求，因此通常采用高压电机与高

5、压变频器和控制系统组成提升机变频调速系统。2.1高压电机目前，对于我国大功率矿井提升机而言，当单机容量在1000kw及以下吋，多数采用高压交流绕线式异步电动机拖动；当单机功率大于2500kw及其以上时，采用高压同步电动机拖动居多。高压电动机是指额定电压在1000V以上的电动机，常用的是6kv和10kv电压，由于国外电网的不同，也有3.3kv和6.6kv的电压等级。高压电机的产生是由于电机功率与电压和电流的乘积成正比，因此低压电机功率增大到一定程度（如300kw/380v）,电流受到导线的允许承受能力的限制就难以做大，或成本过高，需要通过提高电压实现大功率输出。高压电机的特点是功率大，承受冲击

6、能力强;缺点是惯性大，启动和制动困难。高压交流电机有异步电机和同步电机，由于同步电机具有功率因数高、变频容量小、动态性能好等显著优点，国际上2000kW以上人功率变频调速多趋向于同步电机。对于之前同步电机阻尼绕组容易烧毁的难题，对同步电机进行改造，为阻尼电流设计的合理的通路，使国产高压变频同步电机研制成功。2.2高压变频器高压变频器系统技术复杂，涉及电力电子、自动控制和电机等多个学科领域，该技术被少数国外大公司所垄断，大型高压变频器长期依赖进口，不仅成本高，而且一旦出现故障更换配件和维修周期长，严重影响生产。为此，国家把高压变频调速装备国产化列为重大技术攻关项0。高压变频器的主要问题是大功率

7、、高电压、人电流、高效率和高可靠性，而变频技术主要取决于电力电子器件的发展。FI前，高压变频器主要器件是品闸管、绝缘栅双极晶体管1GBT、集成门级换向晶闸管1GCT。常用的高压变频器主耍结构是由IGBT大功率器件组成三电平，五电平，级联多电平等变频系统。目前，国内应用较多的是级联多电平变频系统。级联多电平变频器内部结构是由若干个基本逆变单元通过串联连接而形成单相和三相逆变器，使每个逆变单元的输出电压进行叠加，