科技创新与应用Ｉ ２ｏ１５￣１４期 工业技术 浅析矿用提升机变频调速系统 王立男 （鞍山金裕丰选矿科技有限公司，辽宁鞍山１ １４０１ １） 摘要：矿用提升机在煤矿生产中具有重要地位，是矿井安全生产的关键设备。在传统提升机控制系统中主要采用转子的 方式，这种控制方式操作比较复杂，而且可靠性比较差。在信息技术和自动化控制技术的快速发展下，变频调速控制系统在提升 机中得到了广泛的应用，因此应当加强其应用研究。 关键词：提升机；变频调速；控制 矿用提升机在可靠性、调速性能以及安全性方面的要求比较 高，变频调速作为一种比较新的自动化控制技术，具有效率高、 可靠性好等优点，能够实现无极差，使交流电动机在比较大的 范围内实现无极平滑调速。在变频调速系统中，基本都采用了微机 的变频方式，其特点是效率高，而且应用范围广泛，调速范围比较大 等。 ２提升机变频调速系统研究 ２．１变频调速的原理 控制的方式，这种控制方式手段灵活，而且运算比较快，还能够实现 监督、自我诊断等功能。变频调速在提升机的调速控制中具有比较 高的可靠性和经济效益，因此逐渐得到了广泛的应用。 １矿用提升机调速控制系统简介 １．１提升机的工作原理 矿用提升机一般都是利用电机将装满矿物的列车从斜井中拖 上来，在矿物卸载完成之后再将空车利用电机拖动沿着斜井放下 去。在矿物开采中，矿物车厢和火车的运货车厢比较类似，但是在体 积以及高度等方面比较小。在矿井井口用绞车提升机利用电机带动 卷筒旋转，钢丝绳缠绕在卷筒上，然后挂上一列车厢进行提升。在矿 井提升的过程中可以分为五个不同的阶段，分别是加速、等速、减 速、爬行以及停车抱闸阶段，其中加速阶段是提升机从静止中起动 并且加速到最高速度的阶段，在等速阶段提升机以最高速度稳定运 行；减速阶段是提升机从最高速度减速到爬行速度；爬行阶段是箕 斗定位以及准备停车阶段。 １．２提升机的工作特点 在煤矿生产中，矿井提升机发挥了重要作用，它也是矿山能够 安全生产的关键。提升机的工作性能直接影响到了矿山的安全以及 工作的效率。在提升机的工作过程中，箕斗按照一定的速度在矿井 中以比较高的速度进行上升和下降的往复运动。因此为了保证提升 机安全工作，就必须采取相应的电气控制设备以及完善的保护装 置。 １．３提升机的调速控制方式 提升机按照其使用技术不同，可以分为两大类，直流发电机调 速系统和交流发电机调速系统。电动机一般采用交流同步电动机或 者交流感应电动机，其中直流调速系统又可以分为Ｇ—Ｍ、Ｖ—Ｍ系统 以及直流脉宽调制ＰＷＭ系统。Ｇ—Ｍ系统是以直流电源电机机组的 形式所形成的直流调速系统。它的电源是通过直流发电机来提供电 流，以不可调的转速旋转，通过调节发电机的励磁电流大小和方向 来改变发电机输出电压的大小和极性。这种调速系统在使用的过程 中需要提前打地基，而且设备的体积大、效率低下，在运行的过程中 噪音比较高，也不利于维护。ｖ—Ｍ系统是静止装置通过调节触发器 控制电压，改变触发脉冲的相位来改变整流器的控制角，最终改变 可控整流器输出电压的大小和极性来实现直流电动机的平滑调速 系统。Ｖ—Ｍ系统和Ｇ—Ｍ系统相比具有一定的优势，其可靠性和技术 上也更强，而且设备简单，速度调整也更快，但是Ｖ—Ｍ系统只能够 在第一和第四象限内运行，难以满足提升机四个象限内运行的要 求，而且在低速运行时会产生比较大的谐波电流，容易干扰到矿山 电网的正常运行。直流脉宽调制ＰＷＭ系统中的电源是通过改变晶 体管的导通和关断以及通断比，也就是通过脉冲宽度来系统改 变输出电压的大小和极性。这种系统在性能上也更加优越，具有快 速响应功能，而且在低速运行时比较平稳，电机的损耗和发热也比 较小，抗外界干扰能力比较强。 矿用提升机交流调速系统是利用交流异步电动机拖动的方式 工作的，在具体的调速方式上可以通过改变交流电动机的同步转速 或者不改变同步转速两种方式。实际调速方式中，不改变同步转速 的调速方式主要通过串级调速、斩波调速等方式来实现；通过改变 同步转速的调速方式由改变定子电压、频率或者变极对数调速等多 种方式来实现。变极对数调速是通过改变定子绕组的接线方式来改 变定子极对数最终达到改变调速的目的。这种调速方式稳定性比较 好，效率高，但是也存在着级差比较大的缺点。变频调速主要是通过 改变定子的电源频率来改变其同步转速的调速方法，这也目前常用 一ｌ０８一 变频调速技术的基本原理是根据电机转速与输入电源频率之 间的正比关系，改变定子电源频率来达到改变电动机转速的目的。 在变频调速技术中实现异步电机的控制方式有很多，在控制方式中 主要由Ｖ／Ｆ、转差频率以及矢量控制等多种方式。Ｖ／Ｆ控制是交流电 机调速最简单的一种方式，只需要保持Ｖ／Ｆ为常数，从而保证转子 磁通量的恒定状态，但是这种控制速度方式的特点是性能比较差， 电机的利用效率低。转差频率控制是通过测定异步电动机的转速对 转差频率利用闭环控制的方式来实现的。这种控制方式系统比较稳 定，而且精度比较高，调速的范围比较广泛，电动机的利用效率比较 高。矢量控制是建立在转子磁链定向的基础上，通过坐标的变化来 实现，可以将控制电机作为直流电机来进行控制。 ２．２变频调速在提升机中的应用 在过去常用的调速系统中，由于直流调速能够快速实现，而且 其调速精度高等优点，占据了提升机变频调速中的主流地位。但是 这种调速系统由于环境适应能力差，结构复杂，难以高速运行等缺 点，了其进一步的应用。对于交流异步电机变频调速来说，其过 流能力大，对于环境的适应能力比较强，而且结构简单，容易维护等 优点，但是也存在着调速性能不足的缺点。随着近年来微电子技术 和控制技术的不断发展，现代控制技术和其它技术一起广泛地应用 到交流调速系统中，从而使交流调速系统的应用范围不断扩大。特 别是高性能微处理器的出现，为高性能的变频调速系统实现奠定了 基础。变频调速控制系统虽然发展的时间比较短，但是变频调速能 够实现平滑调速，效率运行高、调速范围广泛等优点在矿井提升机 中得到了广泛的应用。 ２－３变频器的选择 在选择变频器时应当根据负荷特点来确定，由于提升机负载属 于重力，所以其负载特点属于恒转矩负载。对于恒转矩负载来说，在 运行的过程中会存在一定的静摩擦力，而且负载的惯性比较大，所 以在启动时要求要有比较高的转矩。这对于变频器来说，要具备足 够的低频转矩以及短时过流能力，当低速负载比较大时，往往需要 通过提高转矩，但是又会引起电压补偿过高，引起电流保护动作。为 了避免这种情况发生，在选择变频器时可以将变频器的容量提高一 些，还可以选择使用直接转矩控制或者矢量控制的变频器。 ３结束语 近年来，随着微处理器以及自动化技术的快速发展，矿用提升 机的调速控制系统也得到了快速发展，而且其性能也越来越强大， 变频调速控制系统作为一种比较先进的系统，不仅能够很好地 提升机的速度，同时还可以和其它系统结合起来，实现对提升机运 行过程的监督管理，有效提升了控制的质量。变频调速控制的调速 范围大，能够实现软启动，而且的精度也非常高，具有良好的节 能效果，在实践应用中有效提高了提升机的安全性和稳定性，这对 于提高煤矿的生产效率以及企业的经济效益具有重要的意义。 参考文献 ［１］李玉放．矿用提升机变频调速系统［Ｊ１＿中外企业家，２０１４（３２）：２１９— ２１９． 『２］马广炬．矿用提升机的节能改造『Ｊ１．科技信息，２０１３（１５）：４０８—４６９． 『３１高昌兴，任一峰，赵敏，等．基于ＴＭＳ３２０Ｆ２８０８矿用提升机矢量控 制变频调速系统的研究 煤矿机械，２０１４，３５（４）：１２０—１２３．
