变频器控制在矿井提升机上的应用研究

靳继波

（中天合创能源有限责任公司煤炭分公司， 内蒙古 鄂尔多斯 017000）

引言

提升机作为煤矿生产的重要设备，主要用于物料和人员的输送。随着矿井作业深度的不断提升，运行功率的不断增大，对矿井提升机在运行过程中的安全性和效率提出了更高的要求，传统提升机采用了交流绕线式电机转子串电阻有级调速模式，不仅控制系统较为复杂、控制精度低、可靠性差，而且在提升机启动、制动、换挡过程中会产生极大的冲击，给提升机机架结构稳定性和电机的使用寿命造成了严重的影响，因此已经无法适应越来越高的提升稳定性控制需求[1]。因此提出一种新的提升机控制模式，即采用变频器对提升机的提升过程进行控制，实现提升机在运行过程中的无级变频调速。

1 变频器控制的特点

1）励磁涌流平复特性好。能够对供电系统不稳定或其他情况下产生的励磁涌流具有很好的平复效果，对电网系统的冲击性小，稳定性高；

2）多回路并行通讯技术。变频控制系统内的关键控制部分采用了多回路并行通讯，当一个线路出现故障时能够自动切换到备用回路，确保变频驱动控制的可靠性。

3）变频控制保护和独立控制。变频控制器采用了断带自动保护和独立控制系统，一方面能够在停电等特殊情况下确保提升机控制系统的运行稳定性，另一方面在系统内设置了独立的供电电源，确保紧急情况下的安全制动控制需求。

4）低能量消耗控制。该控制技术能够确保提升机在不同的载重量下旋转最优的控制模式，降低提升机在运行过程中的能量消耗，提升运行经济性。

综上分析，当在提升机控制系统内引入变频器控制的情况下，不仅能够显著提升运行稳定性、可靠性，而且还能降低运行能量消耗，变频器驱动控制原理如图1所示[2]。

图1 变频器驱动控制原理示意图

2 立井提升机变频驱动控制方案

由于矿井提升机通常采用双电机驱动控制模式，对其进行变频驱动控制升级时具有“一拖多”控制方案、“一拖一主从控制方案”，不同的控制方案具有不同的特点，因此在实际使用过程中应根据矿井提升机系统的实际情况进行针对性的选择，其选择的核心在于确保各电机运行时的功率平衡和协调控制，在此基础上应尽量考虑运行经济性的需求。

一拖多控制。一拖多控制是指一台变频器同时控制多台驱动电机运行，优点是经济性好，缺点是平衡控制程序复杂，无法有效对不同电机的功率输出进行协调，多台驱动电机在控制过程中极易出现功率输出不平衡，导致部分电机出现过载烧毁现象[3]。而且在运行过程中一旦变频器出现故障，将导致整个控制系统的瘫痪，给提升安全造成巨大的影响，因此该驱动控制模式主要应用在提升机的驱动电机型号一致、提升深度浅、运行速度低的控制系统中。

一拖一主从控制方案。一拖一主从控制方案是指采用一台变频器控制一台驱动电机，将一组变频器+驱动电机作为主控制系统，将另一组变频器+驱动电机作为备用控制系统，当一组系统出现故障时能够迅速启动备用系统，从而确保对提升机控制的可靠性，一拖一控制模式结构如下页图2所示[4]。两组控制系统之间采用光纤通信，确保数据传输的稳定性和安全性。该控制系统的优点是使各驱动电机的控制稳定性高、能够实现同步无级变频调速，运行稳定性高，但系统成本较高，因此常用在提升速度快、深度大，对运行稳定性和安全性要求更高的系统。

图2 一拖一主从控制结构示意图

3 变频器控制在提升机控制系统上的应用

以双电机提升机驱动控制系统为例，对其进行变频控制改造，为了确保提升机的运行安全，采用了一拖一主从控制模式，该驱动系统中主动控制系统的整体结构如图3所示。

在该控制系统中增加了K1和K3两组高压隔离开关[5]，其主要目的是在对变频控制系统进行维修时将系统和高压电路进行有效隔离，确保作业人员的安全。通过对该变频驱动控制系统的运行情况的监测表明，该控制系统运行时的耗电量比优化前降低了16.4%，在启动、换向、制动的过程中均未出现明显的振动，对电网系统的冲击电流显著降低，实现了提升机的柔性启动和无级变频调速，有效降低了在换挡和制动情况下的冲击，对改善提升机的运行稳定性具有十分重要的意义。

图3 主动控制系统连接结构示意图

4 结论

1）变频器驱动控制励磁涌流平复特性好、控制稳定性好、能量消耗低，能够显著提升运行稳定性、降低运行能量消耗，提升运行可靠性；

2）一拖多控制结构简单、成本低，但控制可靠性差，主要用在提升机的驱动电机型号一致、提升深度浅、运行速度低的控制系统中。

3）一拖多主从控制方案，结构复杂、成本高，但控制可靠性高，常用在提升速度快、深度大，对运行稳定性和安全性要求更高的系统。

4）变频驱动控制能将运行耗电量降低16.4%，实现提升机的柔性启动和无级变频调速，有效降低了在换挡和制动情况下的冲击，对改善提升机的运行稳定性具有十分重要的意义。