1引言

长期以来，因建井绞车电动机功率大，建井工况比正常生产矿井相对复杂很多，提升机变频器生产厂家在技术不成熟的情况下不敢涉足建井行业。现场只能使用绕线式异步电机转子串电阻的方法进行调速控制。该方法虽然投资成本较低，但转矩脉动大，电机电流波动大，同时串电阻能耗高，故障率高，影响了安全生产水平。随着变频控制技术的进步，在建井行业使用变频绞车成为可能，由于国外品牌价格昂贵，大大增加了使用单位的经济负担。
2 用户现场情况

该煤矿用户矿井设计年生产能力1500万吨，矿井设计采用立井开拓方式，布置两个大采高综采工作面。为了加快工作进度和节约建设成本，该用户通过论证和多方考察，决定两套副提1250kW/6kV电机改为变频控制，变频器采用开云(中国)电子科技股份有限公司生产的JD-BP37-1400T（1400kW/6kV）2套高压提升机变频器对该副井绞车进行拖动。提升机现场如参数如表1、拖动电机参数表2所示。

3 开云(中国)高压提升机变频调速系统介绍

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，是新一代高性能完美无谐波高压变频调速产品的典型代表。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JD-BP37-1400T（1400kW/6kV）高压提升机变频器，高压提升机变频器技术参数如表3所示。

 表3  风光高压提升机变频器技术指标

风光6kV高压提升机变频器，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，移相变压器有18组付边绕组，每相分为6个功率单元，三相共18个单元，采用36脉冲整流，输入端的谐波成分低于国标规定。高压提升变频器功率单元电路如图2所示。系统控制器核心由高速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。PLC控制器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单片机等大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。

图2功率单元电路结构

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，系统具有极高的安全性，同时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。

高压提升变频器是整个绞车系统的一个核心部分，它具有与电控操作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。当电机处于负力提升时，变频器实时检测进行能量回馈电网。
4风光高压提升机变频器的突出特点

风光高压提升机变频器除具有普通高压变频器的功能外，还针对绞车控制，具有以下突出特点：
（1）电源输入励磁涌流限制技术：该技术使得系统在每次上高压电时的冲击电流小，对电网的冲击也很小。
（2）系统断电自动保护技术：确保任何情况下系统都能安全运行。如果没有，提升机重载下放过程中，遇到系统停电时，会造成单元损坏甚至整个系统瘫痪。
（3）变频装置为直接高-高结构，直接6kV输入，直接6kV输出，可以直接安装使用，不需要对系统进行任何改造。
（4）功率单元自动旁路技术：在提升机运行过程中，意外出现一个或几个功率单元故障时，系统可以自动将故障单元旁路，系统进入星点偏移控制，保持输出的线电压平衡，同时保持较大输出转矩、电压，完成本次提升任务。
（5）独立的控制电源技术：独立的控制电源技术，系统在不上高压电的情况下可以检测系统各个关键点的波形和调试、培训等，方便用户自行检修和维护。
（6）空载低损耗控制技术：变频系统在待机状态下，空载损耗小，经实测比通用技术产品要低2～3倍。
（7）采用矢量控制技术，电机可四象限运行，具有不施闸悬停和力矩预置技术。
（8）承诺可以现场进行试验：1～2个单元故障可以旁路，完成一个提升循环。提升机满载、全速提升和下放时，电源停电试验，变频器确保不损坏。
（9）风光变频器单元内电解电容因采取了本公司的专利技术（专利号ZL 2003 2 017356.2），可将其使用寿命提高一倍。
（10）提升机变频器具有回馈制动、直流制动、安全制动等多项制动方式，保证了绞车可靠运行。
（11）具有完备的与电控系统对接的各个接口，实现与绞车电控系统无缝连接。
5 高压提升机变频拖动方案
5.1主回路接线

该矿井2台绞车的控制方式相同，以其中1#绞车变频改造为例介绍如下。主回路接线如图3所示。

图3 主回路接线

5.2变频控制与操作台接口

变频器与电控系统连接框图如图4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、安全回路输入、安全回路输出、变频就绪、故障输出。
 

图4  变频器与电控系统连接框图

6变频运行情况

2016年8月，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，首先带空电动机进行参数辨识，然后带滚筒运行情况对参数进行微调。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，靠水的吸力增大重量。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，就是在负载稍轻的时候能够拉动，但是，在罐笼拉出水面瞬间会出现大幅度的颤动现象；现场准备就绪后开始启动，变频器运行在2.0Hz，输入电流在23A，输出电流达到210A（电动机额定电流144A）的情况下罐笼缓慢的从水中被提上来，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（伞钻重量为15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110A，输入电流14A，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。
7结束语

风光牌高压提升机变频器既可应用于新矿井提升机电控系统配套，也适用于老矿井绞车的改造，同时也适用矿井建设中。它不仅提高了矿山提升机控制技术和装备水平，实现了绞车高转矩、高精度、宽调速范围驱动，确保了提升机可靠运行，而且节能效果明显，是交流提升机电控系统发展的方向，应用前景广阔。