转子变频调速系统在煤矿提升机电控的推广应用

转子变频调速系统在煤矿提升机电控的推广应用

纪荣豪谷腾飞

(安阳鑫龙煤业集团红岭煤矿河南安阳455000)

摘要：提升机电控系统是基于数字化，自动化，网络化和信息化等先进技术，采用“交流异步电机＋全数字转子双馈变频调速+多PLC冗余控制+上位机监控”全数字电控系统。

关键词：转子变频；PLC；矿井提升

一、引言

煤矿提升机的驱动电动机一般采用三相绕线式异步电动机，其调速方法是在电动机转子回路中接入金属电阻，用主令控制器逐段切除电阻来达到加减速和调速的目的。采用转子串电阻调速的电控系统，这种系统的制动方式为能耗制动，制动所产生的能量全部消耗在电阻上。电动机转子串电阻调速系统的调速属有级调速，开环控制，调速范围小，调速精度低，爬行速度不易控制，尤其是重物下放时，需要动力制动与转子串电阻及制动闸配合操作，司机不易控制，安全性能差。在减速时和下放重物时，投入动力制动，不仅消耗外加直流电能，而且还将电动机上的再生电能消耗在转子串接的电阻上，浪费了大量的电能，且运行维护量大，维护费用高。目前国内外通用变频技术，四象限变频技术，PLC绞车变频电控技术已很成熟，应用已非常广泛。

二、转子变频调速系统

1、电控系统技术特点

提升机电控系统是基于数字化，自动化，网络化和信息化等先进技术，采用“交流异步电机＋全数字转子双馈变频调速+多PLC冗余控制+上位机监控”全数字电控系统。其动态性能满足提升机四象限运行要求，并满足提升工艺要求的过载能力和安全系数。

2、现场实施情况

全控双馈变频器系统构成如下图所示，当转子馈出能量时，变换器CU1工作在全控整流状态，CU2工作在变压变频的逆变状态；当转子馈入能量时，两个变换器的工作状态与上述相反。

由CU1和CU2组成的双三电平PWM变换器的结构如下图所示：

全控双馈调节系统由以下几部分构成：

系统主处理单元：使用MPC5554，32位RISC主处理器，实现速度调节、开停机条件检查及控制、设备运行状况监视。该模块通过信号处理接口单元和现场具体信号相连。

模拟量接口单元：提供16路模拟量输出，将系统运行信息通过模拟量供给外部仪表和操作设备。

功率驱动接口单元：为脉冲触发处理单元提供必要的输入信号，并将其输出的脉冲触发信号进行功率放大。

脉冲触发处理单元：为系统的核心单元。脉冲触发单元的输入信号包括三路零电流，三路同步，三路电压、电流，输出为三相正反组触发脉冲（桥式变流器为36路触发脉冲，零式变流器为18路触发脉冲）。在脉冲触发单元中需完成矢量控制，电流调节，触发脉冲分配等任务。脉冲触发单元由TMS2812，32位DSP为主运算单元，主要进行矢量控制和电流调节任务，脉冲触发分配由FPGA硬件实现，最大程度的保证系统响应的实时性。整个调节系统通过16位并行总线和高速串行总线相连，具有很强的实时数据处理能力和可扩展性。

变频调速器采用新型进口IGBT为主控器件，全数字化控制，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，采用先进的矢量控制变频调速技术完成提升机的四象限运行，用于鼠笼式电机或绕线式转子串电阻电机控制。

全控双馈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。它接受电控系统的操作命令，包括开停机、正反转、抱闸信号及速度命令，按照操作命令进行，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。变频器本身脉冲触发信号采用光信号传输，变频器的所有输入、输出接口均进行了隔离，也避免对变频器引入干扰。

3、绞车变频调速电控系统电气保护实验

(1)立即安全自动故障：该类故障综合在硬软件安全电路中。安全电路正常时吸合，有紧急故障时释放。一旦安全电路释放，就会立即封锁变频器，跳制动油泵，并控制油压系统电磁阀实施安全制动，抱安全闸。主要的安全制动故障有：

①转动系统故障：如主回路和控制回路电源故障,主电机过温、堵转,变频器故障等。

②过卷故障。

③超速故障：如等速、超速,减速段定点超速和连续超速等。

④紧急故障。

⑤液压制动系统故障：如制动油泵跳,系统油压高等。

⑥错向。

⑦测速机、轴编码器断线（深指断轴）

⑧松绳故障。

(2)先电气制动、后安全制动故障：这类故障发生后，转动系统会自动进行减速，当速度降到爬行速度时会立即转为紧急制动。这类故障主要有：事故停车，闸瓦磨损。

（3）完成本次开车后、不允许再次开车故障：开车前如出现这类故障，则开不起车；如在运行过程中出现，则允许本次开车完成，但不允许下次开车，除非故障解除后。这类故障主要有指电机过温报警,液压站油温过高等。

三、结束语

绞车变频调速电控系统具有先进性，运转安全可靠，保护齐全、动作灵敏，故障判断准确，故障率低等特点，设备运行平稳，实现速度连续可调，电机温度比老系统使用时有所降低且钢丝绳摆动小。达到了设计要求，提高了提升能力，缓解了矿井提升紧张的局面，随着变频调速技术的日益成熟与能源节约要求的必然趋势，它正成为矿山提升机传动的发展方向。