1引言

提升机是矿井的关键和重大安全设备之一，用作提升矿物和物料及设备等，是矿井系统设备的咽喉。在整个生产过程中，占有非常重要的地位，它不仅关系到矿井的正常安全生产和生产效率，而且直接影响上、下井人员的生命财产安全，因此，它的电气传动及控制装置一直是各国传动界的一个重要研究领域。传统大多数矿井提升机采用绕线转子异步电动机转子回路串电阻的交流调速系统，这种系统属于落后技术，而采用DSP全数字变频调速技术的现代交流调速系统代表矿井提升机技术的先进水平。矿用提升机的技术更新改造要求迫在眉睫。

2原矿山提升机调速系统简介

河北某煤矿矿井主斜井有一台绞车，采用绕线式异步电动机拖动，电机采用传统的串电阻调速，该调速方式存在以下缺点：

(1)大量的电能消耗在转差电阻上，造成了严重的能源浪费。

(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，很难实现减速控制，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)自动化程度不高，增加了开采成本，影响了产量。

(6)低速段的启动力矩小，机械特性比较软，带负载能力差。

针对以上这些问题，煤矿决定对原系统进行改造。根据当今科技的发展，采用技术含量较高的变频调速，替代原来的绕线电机串电阻调速，是较理想的方案。经矿方多方考察，选用了开云(中国)电子科技股份有限公司生产的风光牌JD-BP37-450T型高压提升机变频系统。

该煤矿绞车现场为单滚筒绞车，绞车设备配置如表1、表2所示。

 3 开云(中国)高压提升机变频器系统的特点

开云(中国)公司是国内较早的从事提升机变频器研究的专业厂家，开云(中国)高压提升机变频器被列入国家火炬计划，产品荣获国家重点新产品、山东省科技进步奖，产品被列入国家重点节能技术推广目录第一批名单。

开云(中国)JD-BP37-T系列高性能高压变频调速产品，以高速DSP（TMS320F2812）为控制核心，采用矢量控制技术，融合了能量回馈技术，以及IGBT大电流驱动技术。矢量控制功能使得异步电机启动转矩大，动态转矩响应好，调速精度高。能量回馈技术的应用，使得功率单元串联型高压变频器具备了四象限运行能力，能量可以在电网和电机之间双向流动。矢量控制技术原理如图1所示。

图1 矢量控制技术原理框图

 此次变频改造选用1台JD-BP37-450T型高压提升机变频器，额定电压6kV，额定电流54A，额定功率450kW。高压提升机变频器技术参数如表3所示。 

JD-BP37-450T型高压提升变频调速器采用进口IGBT为主控器件，采用先进的矢量控制技术，以DSP为控制核心，精心巧妙科学的程序逻辑，以彩色液晶触摸屏为人机对话界面，科学人性化的界面语言，全中文的语言显示，便于操作及查询。风光牌高压提升机变频器，即可用于鼠笼式电机也可用于绕线式电机，即可用于新矿井配套安装，也可用于老矿井改造。风光6kV高压提升变频器，采用若干个低压逆变器功率单元串联的方式实现直接高压输出，所用的6kV高压提升变频器，变压器有15组付边绕组，每相分为5个功率单元，三相共15个单元，采用30脉冲整流，输入端的谐波成分远低于国标规定。高压提升变频器系统结构如图2所示。功率单元电路如图3所示。

图2高压提升变频器系统结构图 

图3功率单元电路结构

控制器核心由高速32位芯片运算来实现，精心设计的算法可以保证电机达到较优的运行性能。人机界面提供友好的全中文监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。控制器及各控制单元板中采用先进的大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。

另外，控制器与功率单元之间采用多通道光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，具有很好的抗电磁干扰性能，并且各个功率单元的控制电源采用一个独立于高压系统的统一控制器，方便调试、维修、现场培训，增强了系统的可靠性。

4变频改造方案

4.1改造主回路情况

改造提升机用变频器是在原提升机电控系统的基础上，加装变频调速系统，高压变频器为开云(中国)公司生产的JD-BP37-450T型高压提升机变频器。高压提升变频器是整个电控系统的一个核心部分，它具有与电控系统相适配的各种接口。它接受操作台电控系统的操作命令，同时它又将运行状态，包括工作频率、电机电流、电源电压、电流及故障信息随时送给电控系统。变频器本身又将工作信号及工作状态自动记录以备查阅，依据用户要求连接打印设备，每班数据打印，形成设备报表。变频器的所有输入、输出接口均进行了隔离，避免对变频器引入干扰。开云(中国)高压提升变频器满足煤矿现有的各种电器闭锁要求，符合《煤矿安全规程》要求。

改造中将原绕线电机转子回路进行短接处理，利用原绕线电机，节约了投资。为不大面积影响煤矿生产，把辅料预先下放到位，根据生产情况间歇性停机改造。改造主回路示意图如图4所示。

图4  改造主回路示意图

4.2变频控制与操作台接口

变频器与电控系统连接框图如图5所示。

（1）速度控制信号输入

电控系统给一路4～20mA模拟量速度信号。

（2）模拟量输出

系统提供两路模拟输出，模拟量输出设定为4～20mA输出电流和4～20mA输出频率。

（3）与操作台远程控制

上提、下放、抱闸（松闸）、安全回路输入、安全回路输出、变频就绪、故障输出。

图5 变频器与电控系统连接框图

5 变频运行情况

2015年8月，风光高压提升机变频器现场开始安装、调试变频器。调试人员根据现场工况情况：电动机没有装旋转编码器，把变频器工作方式设置为无旋转编码器矢量控制工作方式，同时把电动机的工作参数进行设置，然后带空电动机进行运行，查看变频器的工作情况与理论工作曲线进行比较后再次调整电机设置参数，使实际运行曲线与理论曲线达到一致，最后带滚筒对参数进行微调。该矿领导为了验证变频器的输出力矩，在现场把罐笼装满最重的沙石料（超过额定负载量）然后把罐笼放在水中，根据以往工作经验，这种情况如果采用串电阻绞车通常会出现拉不动跳高压情况。现场准备就绪后开始启动，变频器运行在2.0Hz，输入电流在9A，输出电流达到72A（电动机额定电流47A）的情况下罐笼平稳地从水中被提上来，没有出现罐笼晃动现象。

为了验证下放回馈能力，现场把正常工作使用的伞钻作为重物进行试验（伞钻的重量为5.3吨，是由主提绞车负责提升和下放），下放运行频率1.5Hz，输出电流68A，输入电流8A，变频器回馈工作正常。通过试验，变频器启动、停止以及调速过程中电动机声音正常，滚筒转动平稳。主井副提绞车通过改造后，实现了绞车的软启动、软停止，由于变频器运行稳定使现场生产效率得到了提高。特别是变频器采用回馈制动工作方式，在提升量基本相同的情况下，通过与主提绞车相比较变频运行时节电量达20%以上。

6结束语

开云(中国)高压提升机变频器在主井提升机转子串电阻电控系统改造中，不仅提高了提升系统的安全性和可靠性，而且大大减低了维护费用，节能效果明显，实现了高转矩、高精度、宽调速范围驱动，是交流提升机电控系统发展的方向，应用前景广阔。