內(nèi)容摘要：本文介紹了HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)在煤礦主提升機中的應(yīng)用技術(shù)。在新莊煤礦實際應(yīng)用表明，改造后的主提升機變頻調(diào)速裝置達到了節(jié)能降耗的效果，提高了設(shè)備安全可靠運轉(zhuǎn)，進一步夯實了安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：同步矢量控制 變頻調(diào)速 主提升機
一、引言
煤礦的大型動力固定設(shè)備抽、壓、排、提(煤礦四大件)：主井提升系統(tǒng)(或主運輸皮帶機)、主通風(fēng)機、壓風(fēng)機及主排水系統(tǒng)等高壓大功率用電設(shè)備。因此，電機的節(jié)能經(jīng)濟運行應(yīng)從高壓大功率設(shè)備的變頻改造著手進行。尤其煤礦的主提升機每天約2O多小時連續(xù)運行，是煤礦生產(chǎn)中的主要耗能設(shè)備之一，對其進行新工藝、新技術(shù)的改造對于其節(jié)能經(jīng)濟、安全運行尤為必要。
二、新莊煤礦主井提升系統(tǒng)基本情況
新莊煤礦為立井，提升高度408米，改造前的調(diào)速方式為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，采用晶閘管開端控制電阻的20級投切，加、減速時間長達20多秒;減速爬行至停車時間長達15秒之多，且加速時電機電流持續(xù)接近100A耗能嚴(yán)重。且起動時電機的沖擊電流大火超過電機額定電流。因此，對該主井提升機進行了變頻改造。
(一) 改造前主提升機基本參數(shù)
主立井提升系統(tǒng)是雙鉤12.5噸箕斗,2JK-4/14.14單繩雙滾筒纏繞式提升機，其調(diào)速系統(tǒng)是交流2×800kw/6kV雙機驅(qū)動的繞線式電機串電阻凋速系統(tǒng)。
1、改造后主提升機系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)參數(shù)
滾筒直徑：4000mm
滾筒寬度 2100mm
提升機允許最大靜張力：220kN
提升機允許最大靜張力差：160kN
提升機與電動機連接方式：聯(lián)軸器聯(lián)接
低速交流變頻調(diào)速同步電動機
額定功率： 1400kW
額定電壓： 6kV
額定轉(zhuǎn)速： 36r/min
勵磁方式 他勵
工 作 制： S9
絕緣等級： F級
防護等級： IP44
冷卻形式： IC37 電動機冷卻采用下進、出風(fēng)口
合康變頻變頻器：HIVERT-TVF06/173，容量為1800kVA。
三、系統(tǒng)改造的必要性
(一)改造前串電阻調(diào)速方式存住的不足
1.轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能造成巨大的能源浪費;
2.電阻只能分級切換，實現(xiàn)的是有級調(diào)速，設(shè)備運行不平穩(wěn)易引起電氣及機械沖擊;對電機軸承、鋼絲繩、減速器齒輪等造成巨大沖擊;
3.低速轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)差功率大，啟動電流和換檔電流沖擊大;
4.線繞電機轉(zhuǎn)于因為工作溫度高容易開焊，滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備故障;
5.設(shè)備維護工作量大、維護費用高;
6.2臺電機分別串接三相轉(zhuǎn)子電阻體積龐大，發(fā)熱嚴(yán)重使工作環(huán)境惡化，夏季使環(huán)境溫度高達600C以上，導(dǎo)致工作環(huán)境惡劣;
7.電機的功率因數(shù)低，無功損耗較大。
(二)改造選用HIVERT數(shù)字式同步矢量控制高壓變頻技術(shù)達到的效果
1.將高壓變頻器應(yīng)用到交流提升系統(tǒng)上之后，再生制動，能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)約能量，一般在10%～30%左右，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)0.95以上所以節(jié)能方面大大加強，經(jīng)濟性能顯著;
2.安全性方面，由于高壓變頻器本身采用的也是微型電腦控制結(jié)構(gòu)，其開發(fā)的人機對話通訊方式，可以隨時把電機的運行工況數(shù)據(jù)傳給主控PLC，并且發(fā)生故障時可以將故障的種類和情況直接傳給主PLC，這樣主PLC會及時對目前的情況進行判斷，適時做出反應(yīng)，并將有關(guān)所有情況反映到上位監(jiān)控計算機上，便于維修人員進行分析，因此大大提高了電控系統(tǒng)的安全性;
3.啟動轉(zhuǎn)矩大，爬行區(qū)有勁兒，加減速快速平穩(wěn)，全速運行時速度保持度好。啟動和加減速階段基本不存在機械沖擊，極大的延長了設(shè)備的使用壽命;
4.閘瓦磨損小，輸入輸出諧波含量極低，對電網(wǎng)無污染，對周邊設(shè)備無干擾，維護量小;
5.實現(xiàn)了軟啟動、軟停車，實現(xiàn)無級調(diào)速，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠;
6.起動及加、減速時沖擊電流很小，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。
7.運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。
四、HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)解決的問題及達到的效果
(一)由于現(xiàn)在的煤礦大都是多年前設(shè)計的配套生產(chǎn)設(shè)備，電機大多選用安裝使用方便的異步電機，且由于開采量、提升量等因素限制，電機功率選型一般都不大(250kW～1250kW之間)。HIVERT數(shù)字式同步矢量控制高壓變頻技術(shù)解決了提升機電機功率受限的問題
(二)由于交交變頻當(dāng)輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動得不足。 HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)解決了交交變頻固有缺陷的問題
五、提升機電控系統(tǒng)
創(chuàng)造性設(shè)計電控系統(tǒng)，成功的同時控制變頻器、同步機的勵磁系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機系統(tǒng)復(fù)雜工況。
(一)直流提升機、交流提升機的控制系統(tǒng)
直流系統(tǒng)電控系統(tǒng)和交流電控系統(tǒng)在控制部分對于速度和位置閉環(huán)的保護是一樣。直流電控系統(tǒng)、要同時控制的調(diào)速部分是直流速度調(diào)節(jié)器和勵磁部分調(diào)節(jié)器。交流電機控制的調(diào)速部分是控制高壓變頻器。直流電控和交流同步機電控同時還需要控制電機冷卻風(fēng)機，而異步交流電控沒有冷卻風(fēng)機控制。同步交流電機的調(diào)速部分是控制高壓變頻器及勵磁調(diào)節(jié)器。
(二)同步電機提升機電控系統(tǒng)
系統(tǒng)主要由高壓配電系統(tǒng)、低壓電源分配系統(tǒng)、操作系統(tǒng) 、安全保護 、上位監(jiān)控 、控制部分(安全回路、液壓站控制、可調(diào)閘控制、變頻風(fēng)機、速度給定 、停車、過卷開關(guān) 、減速及2m/s定點監(jiān)測開關(guān) 、操作方式 、方向選擇 、低速應(yīng)急開車 、允許開車 、減速回路 、測速回路 、高速計數(shù) )等組成。
(三)提升機系統(tǒng)采用同步電機低速直連有何優(yōu)缺點及其難點、特點
采用低速直連優(yōu)點在于省掉了減速器環(huán)節(jié)，同時也節(jié)省了場地。另外省掉減速器環(huán)節(jié)后對提升機的機械部分維護大大節(jié)省了時間和費用。同時也減少了消耗在減速器上的功率，提高了效率。
缺點在于低速直連對電機的制造工藝要求較高，電機一般要做成敞開式，加工工藝和制造成本比較高，購買電機的成本加大。
相對于異步電機的控制，同步電機控制增加勵磁控制和冷卻風(fēng)機控制，其中勵磁控制部分控制要求隨著電機溫度提高，勵磁發(fā)生變化時，勵磁調(diào)節(jié)器要能夠持續(xù)調(diào)節(jié)勵磁電流，從而保證電機提升力矩不變。風(fēng)機控制部分現(xiàn)在多采用低壓變頻器控制風(fēng)機速度，從而保證電機溫度適中保持在合理范圍內(nèi)。
絞車系統(tǒng)由先前的TKD系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、低壓變頻系統(tǒng)、高壓變頻異步電機系統(tǒng)，發(fā)展到數(shù)字控制同步矢量高壓變頻同步電機直連系統(tǒng)，開創(chuàng)了煤礦提升系統(tǒng)的另一新的技術(shù)領(lǐng)域。
(四)電控系統(tǒng)解決的關(guān)鍵技術(shù)難題
該系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)是高壓變頻技術(shù)控制大功率同步電機以及電控同時控制變頻器、同步機的勵磁系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機系統(tǒng)復(fù)雜工況的重大技術(shù)難題。
六、結(jié)語
安全生產(chǎn)是煤礦生產(chǎn)永恒的主題。煤礦主提升機對整個礦井的安全生產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用。成果可根據(jù)1KTMN-Ⅱ型數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)對提升系統(tǒng)工況的在線監(jiān)測，可對相應(yīng)的故障進行識別并提出警示和控制，大大減少了無故障定期檢修的各種損失，也避免故障時維修不及時所造成的重大事故和損失。
低速直連既省掉了減速器環(huán)節(jié)，同時也節(jié)省了場地。省掉減速器環(huán)節(jié)后對提升機的機械部分維護大大節(jié)省了時間和費用。同時也減少了消耗在減速器上的功率，提高了效率，變頻器具有良好的線性調(diào)速性能，可以將制動時產(chǎn)生的能量回饋電網(wǎng)，主井提升的噸煤能耗下降20%，提高了電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)能效果明顯。
HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術(shù)成功的在新莊煤礦運用，事實證明高壓變頻器有著無法比擬的優(yōu)越的產(chǎn)品性能和無法超越的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢;在煤炭行業(yè)的節(jié)能改造中應(yīng)用能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益，對于創(chuàng)建節(jié)能環(huán)保型、數(shù)字化礦山發(fā)揮著重要的作用。
（轉(zhuǎn)載）
