1、義煤豐源煤業(yè)提升機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)狀
義煤豐源煤業(yè)當(dāng)前使用的礦井提升機(jī)之中，超過(guò)一半的是通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式運(yùn)行，關(guān)于電控系統(tǒng)，主要存在傳統(tǒng)的TKD系統(tǒng)以及2011年升級(jí)的工業(yè)控制機(jī)控制，同時(shí)還涉及PLC系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)升級(jí)優(yōu)化之后的電控系統(tǒng)有了明顯的改觀，其先進(jìn)性與安全性能等均有了非常明顯的提升，然而，其依舊通過(guò)轉(zhuǎn)子串電阻的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)速，具有一系列的不足之處，例如消耗電能相對(duì)較高，工作效率相對(duì)較低，同時(shí)，其調(diào)速不平滑。該礦新建井2m礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)在選型過(guò)程中兼顧到現(xiàn)場(chǎng)的具體工況，另外，還分析了可靠性、安全性、節(jié)約能源等諸多方面，對(duì)各種調(diào)速方式進(jìn)行了細(xì)致的比較分析，通過(guò)仔細(xì)深入的研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)比來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速具有非常良好的優(yōu)勢(shì)。除此之外，該礦購(gòu)置了某企業(yè)制造的高壓變頻器(GBP-H系列)，具有相對(duì)較大的功率。
2、高壓變頻器的主要特點(diǎn)分析
高壓變頻器使用了較為高級(jí)的矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)等相關(guān)技術(shù)手段，同時(shí)還引入了較為新穎的界面(通過(guò)中文就能夠進(jìn)行操作)，具有諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，具有非常優(yōu)越的性能，非常便于操作，還具有相對(duì)較高的可靠性，除了這些外，其低速運(yùn)行轉(zhuǎn)矩大，實(shí)現(xiàn)了四象限運(yùn)行，能夠非常迅速地做出響應(yīng)，不僅如此，該變頻器還具有良好的電源輸入、輸出性能，其用戶界面非常友好，且具有相對(duì)較高的效率與可靠性。
3、變頻器的基本原理分析
3.1主電路
該變頻器通過(guò)交-直-交直接高壓方式，IGBT是其主電路開關(guān)。但該原件的耐壓存在一定的限制，所以，其不能直接逆變輸出6kV，另外，其均壓難度大、開關(guān)頻率高，正是這些原因，使其不能實(shí)現(xiàn)直接串聯(lián)。具體來(lái)講，對(duì)于變頻器而言，其通過(guò)功率單元串聯(lián)，疊波升壓，很好地發(fā)揮了其先進(jìn)技術(shù)，正是這方面的原因，其可靠性非常高。在這里，提供電源給功率單元的變壓器，其副邊繞組間存在一定相位差，使其將多數(shù)諧波電流消除，因而，輸入電流的總諧波含量相對(duì)較小，明顯比國(guó)標(biāo)低(國(guó)標(biāo)為5%)，同時(shí)，其輸入功率因數(shù)還可以保持在1附近。除上述外還有，其輸出通過(guò)把若干三相輸入、單相輸出的低壓功率單元串聯(lián)疊波而獲得。
3.2功率單元
通過(guò)上面的圖形我們可以得知，R、S、T輸入電源端與二次線圈的三相低壓輸出進(jìn)行連接，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，其電壓供單相H形橋式逆變電路使用。就功率單元來(lái)講，其主要是利用光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的接收，通過(guò)PWM方式，來(lái)控制Q1～Q4IGBT，然后輸出單相脈寬調(diào)制波形。此時(shí)需要注意的一個(gè)問(wèn)題是，各單元只有3種輸出電壓狀態(tài)，具體如下所示:在導(dǎo)通Q1與Q4的時(shí)候，L1與L2的輸出電壓狀態(tài)是1，而在導(dǎo)通Q2與Q3的時(shí)候，上述兩者的狀態(tài)是-1，在導(dǎo)通Q2與Q4或Q1與Q3的時(shí)候，它們的狀態(tài)是0。而功率單元有源逆變能量回饋?zhàn)饔?，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)電容器上的直流電壓達(dá)到既定條件時(shí)，電源發(fā)生有源逆變，就會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，具體來(lái)說(shuō)，即把電機(jī)與它的負(fù)載的機(jī)械能變成電能，然后反饋給電網(wǎng)。
3.3控制系統(tǒng)
其包括控制器，IO板與人機(jī)界面三部分內(nèi)容。其中，對(duì)于控制器來(lái)說(shuō)，其主要包括電源板、主控板以及信號(hào)板各1塊，還包括光纖板3塊。對(duì)于光纖板來(lái)說(shuō)，其主要是利用功率單元和光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，各個(gè)光纖板能夠?qū)σ陨系娜繂卧M(jìn)行控制。其負(fù)責(zé)將工作模式或脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)發(fā)給單元，具有周期性。單元主要是利用光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)其觸發(fā)指令與狀態(tài)信號(hào)的接收，同時(shí)，當(dāng)發(fā)生故障的時(shí)候還會(huì)將相應(yīng)的信號(hào)發(fā)給光纖板。
對(duì)于信號(hào)板來(lái)說(shuō)，其主要是負(fù)責(zé)對(duì)輸出電壓等諸多方面的信號(hào)進(jìn)行采集，把模擬信號(hào)隔離、濾波和量程轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的保護(hù)與控制，此外還將其提供給主控板數(shù)據(jù)采集。對(duì)主控板來(lái)說(shuō)，其通過(guò)高速單片機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，通過(guò)正弦波空間矢量方式形成脈寬調(diào)制的三相電壓指令。利用RS232通訊口來(lái)實(shí)現(xiàn)信息交換，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受人機(jī)界面主控板的參數(shù)設(shè)置。對(duì)人機(jī)界面來(lái)說(shuō)，其主要是將界面(全中文操作，非常友好)提供給用戶，主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理以及和外界的通訊，能夠通過(guò)上位監(jiān)控的方式完成對(duì)變頻器的網(wǎng)絡(luò)化控制。利用IO接口板與主控板通訊獲得的信息，將各種運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出來(lái)，例如功率、電流等，同時(shí)完成對(duì)電機(jī)的保護(hù)。主要是利用RS232與RS485通訊口來(lái)分別實(shí)現(xiàn)和主控板、IO接口板的相連，對(duì)變頻器的實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行監(jiān)控。
3.4優(yōu)良的保護(hù)功能
第一，主要有四種速度保護(hù)，具體來(lái)說(shuō)，包括減速段過(guò)速，等速段超速，接近井口2m/s限速，速度監(jiān)視保護(hù)。第二，主要有四種行程保護(hù):外部過(guò)卷，程序內(nèi)過(guò)卷，軸編碼器損壞，反轉(zhuǎn)保護(hù)。第三，主要有五種系統(tǒng)保護(hù):松繩保護(hù)，閘瓦磨損，潤(rùn)滑油欠壓等。除此之外，還具有八種附加保護(hù)，整體上包括主令零位，工作閘零位等。因此，可以看出，這一個(gè)系統(tǒng)具有非常好的保護(hù)功能。
4、結(jié)語(yǔ)
高壓變頻技術(shù)逐漸引入到礦井之中，尤其是在礦井提升機(jī)之中，其應(yīng)用顯得愈發(fā)廣泛，同時(shí)充當(dāng)?shù)慕巧苍絹?lái)越重要。盡管高壓變頻技術(shù)需要投入相對(duì)較高的經(jīng)費(fèi)，然而，利用三至四年的時(shí)間，其通過(guò)節(jié)約電能帶來(lái)的效率就能夠抵消所需的成本，另外，其在很大程度上改善了煤礦的生產(chǎn)環(huán)境條件，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。到目前為止，該公司仍然存在一般的礦井未引入變頻調(diào)速技術(shù)，所以，該礦的發(fā)展以及節(jié)能潛力非常大。
