能量回馈型高性能高压变频调速系统在矿井提升机上的应用
一、前言
鸡西富阳煤矿是一家鸡西市规模较大私人煤矿，利用原来接近废弃的国有矿道，进行煤炭深挖掘 ，目前年产优质煤炭30万吨。该煤矿的主井提升机为单筒式矿井提升机，斜井，滚筒直径为2.5米，电机的调速方式采用传统的串电阻调速方式，该调速方式属于落后技术，存在以下缺点：
（1）大量的电能消耗在转差电阻上，造成了严重的能源浪费，同时电阻器的安装需要占用很大的空间。
（2）控制系统复杂，导致系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，直接影响了生产效率。
（3）低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速，导致调速不连续、速度控制性能较差。
（4）启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现“掉道”现象。
（5）自动程度不高，增加了开采成本，影响了产量。
（6）低电压和低速段的启动力矩小，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。
（1）大量的电能消耗在转差电阻上，造成了严重的能源浪费，同时电阻器的安装需要占用很大的空间。
（2）控制系统复杂，导致系统的故障率高，接触器、电阻器、绕线电机碳刷容易损坏，维护工作量很大，直接影响了生产效率。
（3）低速和爬行阶段需要依靠制动闸皮摩擦滚筒实现速度控制，特别是在负载发生变化时，很难实现恒减速，导致调速不连续、速度控制性能较差。
（4）启动和换档冲击电流大，造成了很大的机械冲击，导致电机的使用寿命大大降低，而且极容易出现“掉道”现象。
（5）自动程度不高，增加了开采成本，影响了产量。
（6）低电压和低速段的启动力矩小，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。
目前，变频器调速系统作为当前最先进的交流电机调速系统，越来越多的应用于各种交流电机拖动场合，作为矿井提升机这种特殊行业、特殊负载，应用的案例还比较少，尤其是针对高压变频调速系统，鸡西富阳煤矿标新立异，敢于创新，通过多家比对，考察，决定采用北京利德华福电气技术有限公司生产的能量回馈型高性能矢量控制变频器对原系统进行改造。
二、改造实施方案
变频器一次原理如下图：
变频器一次原理如下图：
原有的串电阻调速方式继续保留，通过切换开关将高压变频器融入到原系统，保证两个系统操作的相对独立性，这样，高压变频调速系统可以和原系统互为备用，增加矿井提升机运行的可靠性。变频器本体部分说明如下：
（1）高压变频器采用单元串联多电平拓补结构，输入谐波小，功率因数高；
（1）高压变频器采用单元串联多电平拓补结构，输入谐波小，功率因数高；
（2）高压变频器为可以四象限运行的能量回馈型变频器，采用最先进的矢量控制技术，加速时可以实现最大的转矩输出，加速时间缩小至最短，而减速时，可以控制电机在四象限运行，输出制动转矩，减速时间缩至最短，同时，将势能转化为电能，回馈至电网，从而达到节能的目的；
（3）考虑到矿用电网容量较小，变频器配备激磁涌流柜，在变频器送电初期，将几次涌流抑制电阻投入主回路，延时两秒后，通过自动切换回路，切除激磁涌流抑制电阻，通过此种技术方案，降低变压器激磁涌流，保证变频器瞬间投入时不对电网造成电压波动；
设备参数
（1）电机
（2）变频器
三、针对该矿井提升机作出的特殊改动
（1）用户所配备的高压柜相当简单且古老，无电动合闸功能，合闸操作只能用手动操作，这样，我设备的“合闸允许”节点即使串入合闸回路，也起不到保护作用，鉴于此，修改如下：将“合闸允许”常开节点修改为常闭节点，该节点与“高压分断”节点并在一起，并入用户的跳闸回路，这样修改的好处是，一旦用户疏忽，当变频器没有送控制电的时候就手动合高压开关，我公司“合闸允许”信号未发出，常闭节点有效，会通过用户跳闸回路立刻跳开高压开关，避免变频器不送控制电而上高压电可能带来的器件损坏。
（2）国家对矿井提升机的电控系统的保护功能要求很严谨，所有重要保护信号都采用闭点信号，防止因电缆意外断连而造成保护失效，鉴于此，将我设备“重故障”保护信号的常开点修改为常闭点，与“PLC工作状态”（常开点信号）串接在一起，再串入电控系统的安全回路中，即当我公司设备报重故障后，或者 PLC工作状态信号消失后，断开安全回路，电控系统保护动作，紧急抱闸启动，防止溜车现象发生，即使我公司设备正常，而串入安全回路的线路松动或中断，也会致使电控安全回路保护动作，防止因线路原因产生事故。
（3）能量回馈型变频器矢量运行时，在低速时，负向力矩性能差强人意，即用户下放时，尤其下放重物时，容易产生无法控制转速的现象，即真正的溜车现象，而用户的电控系统很不完善，抱闸操作手柄不能适时控制，要么抱死，要么全部松开，无法配合变频器，实现绞车平稳下放，而最低频率又不能设置过高，否则用户启车速度过快，不好控制，鉴于此，适当延长低速段的降速时间，即运行人员正常操作绞车的时候，到接近停车的时候，保证绞车仍在较高的速度段运行，而不是直接到了最低频率，尽量避免溜车现象发生。
四、改造效果
经过几天的调试，变频器成功应用于绞车生产，比较原有串电阻调速系统，变频器有如下优点：
（1）实现了软启动、软停车，减少了机械冲击，使运行更加平稳可靠。
（2）调速连续方便，可分段予置，连续调节。
（2）调速连续方便，可分段予置，连续调节。
（3）转速控制采用操控台模拟量直接控制，摆脱了串电阻调速时高压接触器切换 环节，绞车运行无脉动感；
（4）运行速度曲线成S形，使加减速平滑、无撞击感。
（5）安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还设有连锁保护、自动限速保护功能等。
（6）甩掉了原系统加速用的转子串电阻、交流接触器及时间继电器等，提高了系统的可靠性，操作人员的工作环境也大为改善。
（7）电机四象限运行，即实现了快速制动的目的，又可将能量回馈至电网，避免能量消耗在电阻上，达到节能的目的。
（4）运行速度曲线成S形，使加减速平滑、无撞击感。
（5）安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还设有连锁保护、自动限速保护功能等。
（6）甩掉了原系统加速用的转子串电阻、交流接触器及时间继电器等，提高了系统的可靠性，操作人员的工作环境也大为改善。
（7）电机四象限运行，即实现了快速制动的目的，又可将能量回馈至电网，避免能量消耗在电阻上，达到节能的目的。
五、结束语
绕线式电机转子串电阻调速，电阻上消耗大量的转差功率，速度越低，消耗的转差功率越大。使用能量回馈型变频调速，是一种不耗能的高效的调速方式。电机在发电状态下运行时还可以将能量回馈至电网，节能十分显著，取得了很好的经济效益。另外，提升机变频调速后，系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高，减少了运行故障和停工工时，节省了人力和物力，提高了运煤能力，间接的经济效益也很可观。
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