內容摘要：本文介紹了HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術在煤礦主提升機中的應用技術。在新莊煤礦實際應用表明，改造后的主提升機變頻調速裝置達到了節能降耗的效果，提高了設備安全可靠運轉，進一步夯實了安全生產的基礎。

關鍵詞：同步矢量控制變頻調速主提升機

一、引言

煤礦的大型動力固定設備抽、壓、排、提（煤礦四大件）：主井提升系統(或主運輸皮帶機)、主通風機、壓風機及主排水系統等高壓大功率用電設備。因此，電機的節能經濟運行應從高壓大功率設備的變頻改造著手進行。尤其煤礦的主提升機每天約2O多小時連續運行，是煤礦生產中的主要耗能設備之一，對其進行新工藝、新技術的改造對于其節能經濟、安全運行尤為必要。

二、新莊煤礦主井提升系統基本情況

新莊煤礦為立井，提升高度408米，改造前的調速方式為轉子串電阻調速，采用晶閘管開端控制電阻的20級投切，加、減速時間長達20多秒；減速爬行至停車時間長達15秒之多，且加速時電機電流持續接近100A耗能嚴重。且起動時電機的沖擊電流大火超過電機額定電流。因此，對該主井提升機進行了變頻改造。

（一）改造前主提升機基本參數

主立井提升系統是雙鉤12.5噸箕斗,2JK-4/14.14單繩雙滾筒纏繞式提升機，其調速系統是交流2×800kw/6kV雙機驅動的繞線式電機串電阻凋速系統。

（二）改造后主提升機系統相關技術參數

滾筒直徑：4000mm

滾筒寬度2100mm

提升機允許最大靜張力：220kN

提升機允許最大靜張力差：160kN

提升機與電動機連接方式：聯軸器聯接

低速交流變頻調速同步電動機

l額定功率：1400kW

l額定電壓：6kV

l額定轉速：36r/min

l勵磁方式他勵

l工作制：S9

l絕緣等級：F級

l防護等級：IP44

l冷卻形式：IC37電動機冷卻采用下進、出風口

合康變頻變頻器：HIVERT-TVF06/173，容量為1800kVA。

三、系統改造的必要性

（一）改造前串電阻調速方式存住的不足

1.轉子回路串接電阻，消耗電能造成巨大的能源浪費；

2.電阻只能分級切換，實現的是有級調速，設備運行不平穩易引起電氣及機械沖擊；對電機軸承、鋼絲繩、減速器齒輪等造成巨大沖擊；

3.低速轉矩小，轉差功率大，啟動電流和換檔電流沖擊大；

4.線繞電機轉于因為工作溫度高容易開焊，滑環存在接觸不良問題，容易引起設備故障；

5.設備維護工作量大、維護費用高；

6.2臺電機分別串接三相轉子電阻體積龐大，發熱嚴重使工作環境惡化，夏季使環境溫度高達600C以上，導致工作環境惡劣；

7.電機的功率因數低，無功損耗較大。

（二）改造選用HIVERT數字式同步矢量控制高壓變頻技術達到的效果

1.將高壓變頻器應用到交流提升系統上之后，再生制動，能量回饋到電網，節約能量，一般在10%～30%左右，網側功率因數0.95以上所以節能方面大大加強，經濟性能顯著；

2.安全性方面，由于高壓變頻器本身采用的也是微型電腦控制結構，其開發的人機對話通訊方式，可以隨時把電機的運行工況數據傳給主控PLC，并且發生故障時可以將故障的種類和情況直接傳給主PLC，這樣主PLC會及時對目前的情況進行判斷，適時做出反應，并將有關所有情況反映到上位監控計算機上，便于維修人員進行分析，因此大大提高了電控系統的安全性；

3.啟動轉矩大，爬行區有勁兒，加減速快速平穩，全速運行時速度保持度好。啟動和加減速階段基本不存在機械沖擊，極大的延長了設備的使用壽命；

4.閘瓦磨損小，輸入輸出諧波含量極低，對電網無污染，對周邊設備無干擾，維護量小；

5.實現了軟啟動、軟停車，實現無級調速，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠；

6.起動及加、減速時沖擊電流很小，減輕了對電網的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。

7.運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。

四、HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術解決的問題及達到的效果

（一）由于現在的煤礦大都是多年前設計的配套生產設備，電機大多選用安裝使用方便的異步電機，且由于開采量、提升量等因素限制，電機功率選型一般都不大（250kW～1250kW之間）。HIVERT數字式同步矢量控制高壓變頻技術解決了提升機電機功率受限的問題

（二）由于交交變頻當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網電壓段數減少，波形畸變嚴重，電壓波形畸變及其導致的電流波形畸變和轉矩脈動得不足。HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術解決了交交變頻固有缺陷的問題

五、提升機電控系統

創造性設計電控系統，成功的同時控制變頻器、同步機的勵磁系統、冷卻風機系統復雜工況。

（一）直流提升機、交流提升機的控制系統

直流系統電控系統和交流電控系統在控制部分對于速度和位置閉環的保護是一樣。直流電控系統、要同時控制的調速部分是直流速度調節器和勵磁部分調節器。交流電機控制的調速部分是控制高壓變頻器。直流電控和交流同步機電控同時還需要控制電機冷卻風機，而異步交流電控沒有冷卻風機控制。同步交流電機的調速部分是控制高壓變頻器及勵磁調節器。

（二）同步電機提升機電控系統

系統主要由高壓配電系統、低壓電源分配系統、操作系統、安全保護、上位監控、控制部分（安全回路、液壓站控制、可調閘控制、變頻風機、速度給定、停車、過卷開關、減速及2m/s定點監測開關、操作方式、方向選擇、低速應急開車、允許開車、減速回路、測速回路、高速計數）等組成。

（三）提升機系統采用同步電機低速直連有何優缺點及其難點、特點

采用低速直連優點在于省掉了減速器環節，同時也節省了場地。另外省掉減速器環節后對提升機的機械部分維護大大節省了時間和費用。同時也減少了消耗在減速器上的功率，提高了效率。

缺點在于低速直連對電機的制造工藝要求較高，電機一般要做成敞開式，加工工藝和制造成本比較高，購買電機的成本加大。

相對于異步電機的控制，同步電機控制增加勵磁控制和冷卻風機控制，其中勵磁控制部分控制要求隨著電機溫度提高，勵磁發生變化時，勵磁調節器要能夠持續調節勵磁電流，從而保證電機提升力矩不變。風機控制部分現在多采用低壓變頻器控制風機速度，從而保證電機溫度適中保持在合理范圍內。

絞車系統由先前的TKD系統、直流系統、低壓變頻系統、高壓變頻異步電機系統，發展到數字控制同步矢量高壓變頻同步電機直連系統，開創了煤礦提升系統的另一新的技術領域。

（四）電控系統解決的關鍵技術難題

該系統中的關鍵技術是高壓變頻技術控制大功率同步電機以及電控同時控制變頻器、同步機的勵磁系統、冷卻風機系統復雜工況的重大技術難題。

六、結語

安全生產是煤礦生產永恒的主題。煤礦主提升機對整個礦井的安全生產具有至關重要的作用。成果可根據1KTMN-Ⅱ型數字監控系統對提升系統工況的在線監測，可對相應的故障進行識別并提出警示和控制，大大減少了無故障定期檢修的各種損失，也避免故障時維修不及時所造成的重大事故和損失。

低速直連既省掉了減速器環節，同時也節省了場地。省掉減速器環節后對提升機的機械部分維護大大節省了時間和費用。同時也減少了消耗在減速器上的功率，提高了效率，變頻器具有良好的線性調速性能，可以將制動時產生的能量回饋電網，主井提升的噸煤能耗下降20％，提高了電網的功率因數，節能效果明顯。

HIVERT同步矢量控制高壓變頻技術成功的在新莊煤礦運用，事實證明高壓變頻器有著無法比擬的優越的產品性能和無法超越的技術領先優勢；在煤炭行業的節能改造中應用能夠創造巨大的經濟效益和良好的社會效益，對于創建節能環保型、數字化礦山發揮著重要的作用。