２０１２年第３期 东蟪ｊ《；舛技 ９３ 全控双馈变频调速系统在矿井提升机中的应用 刘 洁 （龙煤股份公司鹤岗分公司新陆煤矿，黑龙江鹤岗 １５４１０３） 摘要该文介绍了全控双馈变频调速电控系统的组成及基本功能，阐述了全控双馈变频调速电控系统的工作原理和特点，对提升机改造后 的技术指标和效益进行了剖析。实际应用表明，该系统运行经济、稳定、安全可靠。 关键词提升机三电平逆变器变频调速ＰＬＣ控制 中图分类号ＴＤ６３ ３ 文献标识码Ｂ 新陆煤矿主井提升机为斜井箕斗提升，使用 ＹＲ８００—８／１１８０型交流绕线高压异步电动机，电动机 功率８００ｋＷ，电机定子电压６ｋＶ，定子额定电流９７Ａ， 转子电压５５１Ｖ，转子电流８９０Ａ。原电控系统采用传统 的继电器一接触器电器控制方式，控制精度不高，线路 复杂，故障点多，可靠性差，并且调速方式为转子串电 阻调速，调速范围不大，调速不平滑，速度不易控制，同 时耗能大。该系统经过２０ａ运行，电气设备老化严重， 故障率高，维修工作量大，影响了正常提升，已不适应 生产的需要，为了解决主提升存在的这些问题，对原 ＴＫＤ电控系统进行了更新改造，采用了全控双馈变频 调速电控系统。 １ 电控系统的组成 电控系统主要由变频柜、调节柜、主控柜、操作台、 上位机监控五部分组成。 １．１ 变频柜 用于完成对转子回路进行变压变频调速，它是由 ＩＧＢＴ全控器件组成的双三电平ＰＷＭ变换器构成。三 电平ＰＷＭ变频器克服了两电平逆变器的诸多缺点：无 需输出变压器和动态均压电路，开关频率低，因而开关 器件应力小，系统效率高等。其主要优点：电平数越 高，输出的电压谐波含量越低，开关器件的开关频率 低，开关损耗小，器件应力小，无需动态均压。 采用不同的控制方式，可使三电平ＰＷＭ变换器工 作在逆变状态或整流状态。在逆变运行状态，通过对 直流侧的分压和开关动作的不同组合实现多电平阶梯 波电压输出，从而使得输出的电压波形更加接近正弦 波。在整流运行状态，可在直流输出电压可控的基础 上，实现网侧功率因数调节。 １．２调节柜（全控双馈调节系统） 收稿日期：２０１２—０２—１７ 作者简介：刘洁（１９７３一），女，黑龙江鹤岗人，工程师，１９９５年毕 业于辽宁阜新煤炭工业学校矿山机电专业，现任龙煤股份公司鹤岗 分公司新陆煤矿安全培训中心主任工程师职务。 用于完成全控双馈变频调速的控制和调节，它主 要由以下几个部分构成： （１）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。 （２）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。 （３）通信接口单元：提供ＰＲＯＦＩＢＵＳ工业控制总线 和ＰＬＣ实现无缝连接。 （４）显示操作接口单元：提供设备显示和操作键 盘接口。 （５）脉冲触发处理单元：为系统的核心单元，完成 矢量控制，电流调节，触发脉冲分配等任务。 （６）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，并将其输出脉冲触发信号进行功 率放大。 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和可扩展性。 １．３ 主控柜（ＰＬＣ控制系统） 主要由行程监控ＰＬＣ，操作保护ＰＬＣ与继电器直 动保护回路构成。通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线实现ＰＬＣ冗余 控制和保护，用于完成提升机行程控制，逻辑操作和故 障保护，液压制动控制以及其他辅机设备自动控制等。 （１）ｓ７—３００ＰＬＣ硬件配置：电源模块、ＣＰＵ模块、 数字量Ｉ／Ｏ模块，Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ模块，以及通讯模块等。 （２）ＰＬＣ提升行程控制。由行程监控ＰＬＣ、轴编码 器和井筒同步开关构成。轴编码器将在线速度和行程 位置转换成脉冲信号分别送人ＰＬＣ中，ＰＬＣ将部分操 作信号、保护信号以及设定的一些行程参数与轴编码 器信号结合起来进行逻辑运算处理，自动产生提升机 所需的速度给定信号（即运行曲线），为了尽量减少起 动、制动过程中的机械冲击，提高提升机控制精度，速 度给定信号的加速、减速段为“Ｓ”型曲线，减速段行程 通过ＰＬＣ实际运算来调节减速度，以保证其为一固定 值，从而保证了停车点不变和停车点的精度。行程监 控ＰＬＣ与操作保护ＰＬＣ之间相互保护，相互监视；行 参战ｊｉ； 愀 程监控ＰＬＣ产生包络曲线，对提升机的速度进行连续 监视。 ２０１２年第３期 流表，低压电源表，可调闸毫安表，速度表，行程表，制 动油压表，润滑油压表等。 （５）行车给定：工作闸操作手把，主令操作手把。 １．５上位机监控 （３）操作保护ＰＬＣ。执行操作程序，生成开车信号 和方向；实现各种故障保护及闭锁；与行程监控ＰＬＣ之 间相互保护、相互监视。 （４）安全保护回路。一套由ＰＬＣ构成，一套为继 由上位计算机实现人一机对话，它可显示系统运 行状态，系统故障，控制选择状态画面，反映提升机所 有的运行参数和运行状态，以及故障类型和故障发生 电器直动回路，两者构成双线制提升机安全保护回路。 １．４司机操作台 时间，上位机能使司机对提升机的运行状况一目了然， 若发生故障，可及时从上位机上了解故障类型及位置， 能及时通知维修人员排除故障，从而缩短排除故障时 间，提高劳动生产率。 ２全控双馈变频调速系统工作原理 操作台由控制选择开关，设备状态指示，启动、停 止按钮，仪表回路，行车给定等组成。司机接到开车信 号后，选择开车方式，启动必要的开车设备，满足开车 条件后，司机操作工作闸控制手把、主令操作手把进行 开车。 （１）控制选择开关有速度转换开关（正常、检修）、 方式选择开关（自动、半自动、手动），过卷复位开关 （正向、正常、反向），制动泵选择开关（１ 泵、２ 泵），润 滑泵选择开关＜１ 泵、２ 泵）。 （２）设备状态指示有安全回路，制动泵运行，润滑 泵运行，工作闸及主令手把零位，打点信号，减速点，停 车点，过卷指示等。 （３）启动、停止按钮有制动泵启动、停止按钮，润 滑泵启动、停止按钮，安全回路起动按钮，紧急停车按 钮，系统复位按钮等。 （４）仪表回路，有定子、转子电压表，定子、转子电 全控双馈调速系统构成如图１所示，图中由ＣＵＩ 和ＣＵ２组成双三电平ＰＷＭ变换器。双馈电机定子侧 接人恒压恒频电网（６ｋＶ、５０Ｈｚ），转子侧接人三电平 ＰＷＭ变换器ＣＵ１，三电平ＰＷＭ变换器ＣＵ２接到逆变／ 整流变压器的二次侧，逆变／整流变压器的一次侧接入 恒压恒频电网。双三电平ＰＷＭ变换器通过全控双馈 调节系统的控制和调节进行变压变频调速。当转子馈 出能量时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ＣＵ１和ＣＵ２与上 述工作状态相反。 罂三璺 缝一一一 图１全控双馈调速工作原理图 ３ 全控双馈变频调速系统的特点 （４）全控双馈调节系统设有微处理器，整个控制 功能与调速算法由软件完成，调速控制精度高，工作稳 定性好。 （１）采用双三电平ＰＷＭ变换器调速可实现功率 双向流动，方便地进行四象限运行。 （２）采用双三电平ＰＷＭ变换器调速可实现系统 （５）全控双馈控制调速时，能够独立调节定子侧 无功功率，改善系统的功率因数，功率因数大于０．９８。 （６）三电平ＰＷＭ变换器工作在整流状态时，可在 再生能量向电网回馈，节电率达２０％。 （３）采用三电平ＰＷＭ变换器具有谐波含量小，开 直流输出电压可控的基础上，实现网侧功率因数调节。 关频率低，开关损耗少，器件应力小，系统效率高。 ２０１２年第３期 互扭晨斜Ｉ技 ９５ 浅谈变频调速技术在电铲、钻机设备中的应用 杨柳 （黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公司技术中心，黑龙江鹤岗１５４１００） 摘要该文通过对变频调速技术在电铲、钻机设备中的应用现状和应用前景的分析，说明了变频调速技术对节能、提高生产设备效率至关重 要，并指出选择变频器的注意事项。 关键词露天矿山 电铲钻机节能 效率 中圈分类号ＴＤ８２４：ＴＭ９２１．５１ 文献标识码Ｃ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｈｏｖｅｌ ａｎｄ ｄｒｉｌｌ Ｙａｎｇ Ｌｉｕ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ ＬｏｎｇＭａｙ Ｍｉｎｉｎｇ Ｇｒｏｕｐｓ Ｈｅｇａｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ＣＯ．，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｃｉ—ｔｅｃｈ Ｉｎｆ０ｌｎｎａｔｉ０ｎ，Ｈｅｇａｎｇ １５４１００，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈａｔ ａｒｔｉｃｌｅ ａｌｌａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐ‘ ｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｈｏｖｅｌ ａｎｄ ｄｒｉｌｌ，Ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ａｎｄ ｐｏｉｎｔ ｏｕｔ ｔｈｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｔｏ ｃｈｏｓｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｎｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｈｏｖｅｌ ｄｒｉｌｌ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｅｆｉｆｅｉｅｎｃｙ 露天矿山的大型设备包括用于穿孔的牙轮钻机， 用于装载煤炭、岩石的电铲（挖掘机），用于运输煤炭、 １ 变频器在电铲设备中的应用 岩石的大型汽车等，这些大型设备都要求电气传动系 电铲用于装载煤炭、矿岩，其工作条件非常恶劣， 统具有良好的调速性能，在矿山应用变频调速技术，对 特别是在爆破不好的情况下挖根底作业，经常出现过 于提高矿山生产设备的效率、节约电能都是至关重要 大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统 的。 就有较高的要求：要求电气传动系统的机械特性曲线 的包络面积大，有足够的有用功率；要求有良好的调速 收稿日期：２０１１一ｌｌ一１５ 性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动 作者简介：杨柳（１９８３一），女，黑龙江鹤岗人，２００９年毕业于黑龙 江科技学院计算机科学与技术专业，大学学历，助理工程师，现在黑 态响应速度快；要求系统制动性能好，并能回收能量； 龙江龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公司技术中心从事技术工 要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传 作。 动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电 气传动系统主要还是直流传动系统。例如：ＷＫ一４Ｍ、 ４改造后的技术指标及效益 的保护要求及双线制要求。 （６）箕斗及卸载曲轨维护量大为减少，降低了维 （１）电控系统维护工作量小，操作简便、灵活、可 护费用，提升能力得到改善。 靠、运行效率高、同时降低司机的工作强度，极大地提 （７）吨煤节电可达２０％，即吨煤可节电０．６０ｋＷｈ， 高了劳动生产率。 年节电６０万ｋＷｈ，年节约电费３１．２万元。 （２）电控系统通过软件实现了原系统中所有控制 功能，留有自动化接口，提高了整个系统的可靠性、稳 ５ 结束语 定性、扩展能力和控制性能指标。 新陆煤矿主井提升机采用全控双馈变频调速电控 （３）电控系统运行平稳、无明显振动和噪音，最大 系统后，其运转效果良好，不仅解决了原电控系统存在 提升速度达到６．９ｍ／ｓ，加减速度均为０．７５ｍ／ｓ ，爬行 的问题，而且系统运行经济、稳定、安全可靠，节电显 速度为０．５ｍ／ｓ，爬行距离为３ｍ，满足提升机速度图和 著，为高压交流提升机转子串电阻调速系统更新改造 力图的要求。 提供了借鉴经验。 （４）电控系统各种电器设备，线路符合设计规范 参考文献： 和相关电工行业质量标准，各项运行参数达到设计要 ［１］孙树朴．半导体变流技术［Ｍ］，徐州：中国矿业大学出版社，１９９９ 求，满足提升系统性能指标，实现了安全运行。 ［２］史国生．电气控制与可编程控制器技术［Ｍ］，北京：化学工业出 （５）安全保护满足《煤矿安全规程》（２００６）所规定 版社，２００１