1、转子低压变频调速系统在矿用提升机高压电动机上的应用摘要： 列举了矿井提升系统转子串电阻调速的缺点及变频调速的优点，阐述了低压变频器在煤矿提升机高压电动机上的应用实例，并进行了现场数据分析，指出了存在的问题及解决方法。 关健词： 低压变频器 提升机 高压电动机 应用 中图分类号：O434 文献标识码： A 1 引言 20 世纪 90 年代以前，矿用提升机控制系统普遍采用绕线电机转子串电阻的方式进行调速，该调速方式存在以下缺点： (l)转差电阻消耗大量的能量，造成了严重的能源流失，同时安装电阻需要较大的空间，其散发的热量对周围环境及设备极具危害。 (2)控制系统复杂，系统故障率高，电阻器、接触器、
2、电机碳刷等容易损坏，设备维护量大，影响生产效率。 (3)低速和爬行阶段需要依靠制动闸瓦摩擦筒实现速度调控，速度控制性能较差，特别是反复贴闸皮导致滚筒制动边发热，闸瓦磨损严重，不仅降低了设备的机械寿命，也使材料消耗过大，更不利于安全提升。 (4)启动、加速过程中，冲击电流大，造成很大的机械冲击，导致电机、减速器等机械损伤，降低设备使用寿命。 (5)自动化程度不高，增加了开采成本，影响了产量。 (6)低电压和低速段的启动力矩小，带负载能力差，无法实现恒转矩提升。采用变频调速系统可以很好地克服上述缺点，并且变频调速存在以下优点： (7)可在电网波动20%范围内，恒转矩提升，不会因为电网波动而影响提升
3、性能。 (8)实现了电机软启动，启动力矩大，带负载能力强。 (9)电机可以无级调速，加、减速过程平滑，电流冲击小，减轻了机械冲击强度。 (10)采用芯片统一控制和 PLC 外端电路接口相结合，使调速系统具有很高的可靠性，同时利用 PLC 强大的控制能力实现灵活的控制方式。 (11)机内带有回馈单元，回馈能量直接输给电网，节能效果明显，系统可实现四象限运行。 (12)安全保护齐全，除了过压、过载、过热、短路等自身保护外，还设有外围控制的连锁保护，包括自动闸信号与正、反转信号的连锁，变频器故障信号与安全回路的连锁，等等。 2 应用实例 变频调速系统已经是比较成熟的项目，一般都是根据实际电动机的电压
4、等级及容量等选择变频器，但是低压变频器应用在提升机用高压大功率电动机上，国内还比较少见。 2.1 实施方案 铁煤集团大明矿主井绞车电控系统就是成功应用的一例，它是将电机定子三相短接后，采用低压变频器，从转子供电，实现 6KV/800KW 电动机的调速。如图 1：电网 6KV 电压经变压器降压后，通过电源控制开关ZK01 送电给变频器的整流回馈单元，同时接有反馈变压器 B21，经整流后的电压进入逆变器，从逆变器出来的可调频低电压，经变压器 B31升压后，升为符合该电机转子电压等级的电压，输入电机转子。 该系统采用天津民意电气有限公司生产的 TKD(M) - ZB - D2 -2*800转子变频电
5、控系统，西门子原装 1000KW 四象限变频器。全套设备包括变频逆变柜、整流回馈柜、整流变压器、回馈自藕变压器各 2 台，电源转换柜 3 台，并利用原 PLC 系统的辅助电源设施，进行系统改造。因为是在旧系统基础上进行改造，因此增设了 3 台电源转换柜，目的是使变频系统与编码系统可互想转换，互为备用，提高设备运行的可靠性，确保安全。如图：所有开关切换至变频位置时，三相电源经双掷开关接至变频器输入端子，变频器输出端子经双掷开关接至电机转子，电机定子线圈由双掷开关短接，电机处于转子变频运行方式。 该系统改造、调试完成后，提升机加速过程和低速爬行运行平稳，绞车单勾运行时间比原系统减少 35s，最快可
6、达到 70s 一勾；各种负荷都按照设计速度图运行，在确保安全的前提下保证 了提升效率。 附图主井绞车电控系统示意图 2.2 安全保护数据设定 (1)GSJ2 等速过速保护：PLC 数据设定为等速速度的 15%，对应实际速度为：V= 1015%=11. 5m/s (2)GsJ1 限速保护设定：超出给定速度 10%动作。 (3)深度指示器断轴及测速发电机欠压保护：由 FM1、FM2 计数比较，行程相差 l0m，DJ1 吸合，保护动作。 (4)接近井口定点限速保护：距离井口 30m 处，检测速度，速度不得高于 1 VJ 释放速度 6.17m/s;距离井口 20m 处，再次检测速度，如果速度大于 4.
7、 6m,/s，DJ3 吸合，安全回路跳闸。 (5)制动油泵过压保护：制动油过压保护使用液压站接点，动作值设定在 6.0MPa，油压超设定值保护动作。 (6)润滑油欠压、油路超温保护：润滑油压欠压设定于 0. l0MPa，油压低于设定值或者油压超温，运行中允许一次开车，停车时不能送电。 (7)减速点：数字减速点设置在距离井口 60m,处，减速距离为46m,，减速度为 0.58ms2，最短爬行距离 8m。 (8)提升行程校准：操作台显示的提升行程，是由测速发电机轴和深度指示器轴连接的轴编码器计数值计算得出，如果绞车进行车绳槽或者换绳检修会导致深度显示变化，此时可人为校准行程。 2.3 调试过程中遇
8、到的问题和解决办法 转子变频系统调试过程中，遇到电机滑环发热加剧的问题，我们经过观察试验，最后圆满解决了这个问题。 大明矿的主井提升比较紧张，每天连续工作将近 20h，原来使用转子电阻多级编码系统，转子滑环温度就很高，夏天达到 75左右，温升超过 40。使用了转子变频系统后，电机的功率因数提高，6kV 电源侧电流减小，这本来是有利于降低电机温度的因素，但是在实际使用时发现电机转子滑环温度反而升高了 5。经分析，认为是电机转子供电方式的转变导致的，使用转子变频时，电机转子长时间流过（等速段）50Hz 电流，而转子多级编码系统长时间（筹速段）流过低频电流，虽然电流大小基本相同，但是由于电流频率不同
9、，产生的发热效应有所不同，这个发热量不是由于电机转子的内阻产生的。 同时还观察到电机转子引出铜排，在电机主轴上使用铁卡子固定，这个卡子和电机轴之间形成一个闭合的线圈，转子电流在铜排上流过，这个闭合的线圈必然产生感应电流和感生磁场，这个电流在电机轴上会导致严重发热，并产生电机轴表面涡流，加剧发热现象。 基于这种分析，把铁卡子更换为不导电的尼龙卡子，紧固螺丝也更换为不导磁的不锈钢螺丝。更换后降温效果十分显著，电机滑环温度下降了 15，稳定在 55到 60之间。并且切换到转子编码系统后，电机温度与变频系统基本相同，转子滑环温度在 55左右。 3 结论 2011 年第四季度，使用转子多级电阻编码提升时，主井电量为137.2 万度，提升 54149 斗，平均每斗用电 25. 33 度，2008 年第四季度，使用转子变频系统提升，主井电量为 75. 78 万度，提升斗数为 38761 斗，平均每斗用电 19. 55 度。 2012 年第四季度同比电量下降了 5. 94 度斗。转子变频与转子电阻多级编码相比，节电 20%以上。 该系统投入使用后，运行稳定，故障率低，维护量低，既保障了煤矿提升的安全，同时也最大限度地提高了提升效率，便每小时增加提升23 斗，给增产增效提供了有力的技术支持，为煤矿的发展打下 了坚实的基础，同时也开辟了矿井提升电动机电气控制的新领域，使得变频技术更好地得到了利用。
