高压变频器矢量控制技术在煤矿提升机的应用

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煤矿机电

２０１１年第２期

高压变频器矢量控制技术在煤矿提升机的应用

李宗溪

（淮北（矿业）集团公司芦岭煤矿，安徽宿州２３４１１３）

摘要：阐述了矿用提升机高压变频器的原理和调速系统，介绍了采用四象限高压变频器对煤矿

提升进行技术改造的情况，实现了提升机加减速过程的平稳控制，提高了运行效率，也增加了系统运行的可靠性。关键词：

提升机；高压变频器；矢量控制；应用

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００１—０８７４（２０１１）０２—００９８—０４

中图分类号：ＴＭ４６４

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运行维护量大，维护费用高，司机操作难度大，劳动强度高。

随着变频调速技术的发展，交一直．交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用，该变频器采用了先进功率单元串联叠波技术、矢量控制技术和有源逆变能量回馈技术，可靠性高，性能优越，操作简单。可应用于四象限运行、带能量反馈、动态响应速度快、低速运行转矩大的场合。本提升机的改造，用变频调速系统替代原工频调速系统，同时保留原低频调速系统，使两套系统互为备用，增加系统运

该装置使用操作方便，降尘效果良好，在钻孔时能实现无人操作、自动捕尘降尘，并先后在鹤壁煤电股份有限公司第三煤矿和第六煤矿进行使用，取得了良好的效果。

作者简介：靳光法（１９６４一），男，高级工程师。１９８９年毕业于焦作

矿业学院（现河南理工大学），现在鹤壁煤业（集团）有限贲任公司煤炭科学研究所从事煤矿机械的研制和开发，发表论文多篇。

（收稿日期：２０１０一１０—２５；责任编辑：陈锡强）

目前矿用交流提升机普遍使用绕线式电机转子串电阻调速控制系统，在减速和重物下放时能量通过转子电阻释放，其能量不能回馈电网，而且调速精度低，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；在减速和下放重物投入动力制动时，不仅消耗外加电能，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，了喷雾降尘。

（６）风射流器利用压风形成射流，使吸尘管及集尘罩内形成负压，将钻孔中排出的漂浮粉尘通过吸尘管顺利吸排到除尘器内，从而不会使吸尘管内出现粉尘堆积堵塞的现象。

（７）集尘罩安装使用方便，同时有利于将钻孔中排出的粉尘收排到除尘器内，大颗粒的钻屑直接从集尘罩下出口排出，操作人员可直接看到钻孔的排渣情况。

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行的可靠性。

‰

２矢量控制技术

（１）控制原理

采用转子带速度反馈的矢量控制技术，在转子磁场定位坐标下电机定子电流分解成励磁电流与转矩电流，维持励磁电流不变，控制转矩电流也就控制电机转矩，电机转速采用闭环控制。实际运行中给定转速与实际转速的差值通过ＰＩＤ调节生成转矩电流１１ｒ。经过矢量变换将ＩＴ、ＩＭ变换为电机三相给定电流Ｊ『。、，ｂ、Ｌ，它们与电机运行电流相比较生成三相驱动信号。控制原理框图如图１所示。

（２）主电路

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ＰＷＭ巴蚓功率单元

．．．．．．＿１ＰＷＭＡ，．．．．．．．．．．一

控制ＩｐｗＭｃ＂ｌ串联控制

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围１控制原理图

主电路图如图２所示。ＨＩＶＥＲＴ系列高压变频器采用交一直－交直接高压（高．高）方式，主电路开关元件ＩＧＢＴ。ＨＩＶＥＲＴ变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，具有很高的可靠性。

输入电压电流）睑测信号

输入电源

图２主电路图

由单元串联式多电平变频器向高压交流电机供电时，变频器和电动机都于高压等级的交流电网没有直接关系。电网电压经过二次绕组多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，单项多个独立的低压ＰＷＭ变频功率单元输出端串联起来实现变压变频的千伏级高压输出直接供给高压电机。

６

ｋＶ高压变频器主电路拓扑结构，电网输入６

ｋＶ经过移相变压器变为６个低压、独立的移相二次绕组电源。每个二次绕组电源接入功率单元模块，经过整流，滤波和逆变输出单相交流电源，由此每相由６个额定输出电压为５８０Ｖ的功率单元串联而成，使输出的相电压额定值３４５０×彬Ｖ，线电压为

３

４５０×√３Ｖ，接近６ｋＶ，见图３。采用对调制波叠加

圈３

６

ｋＶ系列电源叠加图

３次谐波的方式，可以使单元输出ＰＷＭ波基波幅值

１００

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增加，整机空载时输出能力最高为输入电压１．１５倍。

（３）控制系统１）控制器

控制器由３块光纤板，ｌ块信号板和１块电源板，各板之问通过母线底板联接。光纤板通过光纤与功率单元传递数字信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向功率单元发出脉宽调制ＰＷＭ信号或工作模式。单元通过光纤接受其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。信号板采集变频器的输出电压，电流信号和轴编码器信号，并将模拟信号隔离，滤波和量程转换，转换后的信号用于变频器的控制与保护，以及提供给主控板数据采集。主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用矢量控制方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过ＲＳ２３２通信口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受人机界面主控板的参数设置。

２）开关量处理

接受和发送数字（开关）信号，接受的信号用光耦隔离，发送的信号用光耦隔离或采用继电器接点输出。

３）Ｌ／Ｏ接口板

Ｉ／Ｏ板用于变频器内部开关信号以及现场操作和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。Ｉ／０接口板有两路模拟量输入和两路模拟量输出的能力，模拟量输入用于设置时的设置信号和来自现场的流量，压力等模拟信号，这两路信号通过处理后送到人机界面进行模拟转换；模拟输出量

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