煤礦提升運輸是煤炭生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。但由于煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境和安全上的特殊要求，變頻器在煤礦的應用起步比較晚。隨著我國市場經(jīng)濟的深入發(fā)展，煤礦的增產(chǎn)、降耗、提效被提到了重要地位，設(shè)備節(jié)能改造勢在必行。變頻調(diào)速在煤礦固定機械、提升運輸及采煤機上也有了一定的應用并取得了較好的效果。本文就變頻調(diào)速在煤礦提升運輸系統(tǒng)的應用進行探討。
1.變頻調(diào)速的發(fā)展及原理
1.1變頻調(diào)速的發(fā)展概述
礦井提升是礦山生產(chǎn)的關(guān)鍵，所以，無論哪種提升機，對電氣傳動的要求都很高，因為電氣傳動系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，可靠性的高低，都直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)的效率和礦山生產(chǎn)的正常進行。
目前，我國礦井提升機的電氣傳動系統(tǒng)主要有：對于大型礦井提升機，主要采用直流傳動系統(tǒng)，有采用直流電動機-直流發(fā)電機系統(tǒng)和晶閘管變流器-直流電動機系統(tǒng)；這兩種系統(tǒng)都存在著直流電動機固有的缺點，如效率不高，維修工作量較大等。對于中、小型提升機，則多采用交流電氣傳動系統(tǒng)，如采用交流繞線式電動機，使用電機轉(zhuǎn)子切換電阻調(diào)速，這種電氣傳動系統(tǒng)雖然設(shè)備簡單，但它是有級調(diào)速，調(diào)速性能差，效率低，大量的電能消耗在電動機轉(zhuǎn)子電阻上，而且可靠性也差。
將變頻調(diào)速技術(shù)應用于礦井提升機是礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國已有幾臺大型礦井提升機采用交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)，取得了很好的效果，但其缺點是功率因數(shù)不高，諧波大，需加諧波和功率因數(shù)補償裝置。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交-直-交電壓型變頻調(diào)速技術(shù)已開始在礦井提升機中應用。
1.2原理
大功率變頻裝置可以將工頻三相交流器，利用設(shè)定的參數(shù)進行了逆變，使得輸出為某一相應設(shè)定頻率的交流電。變頻器輸出頻率的變化，將導致電動機的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線性。這樣，就起到了調(diào)速的作用。在電路系統(tǒng)中，為了保證正常運行安全，必須將設(shè)備可靠的接地，因此，變頻器的接地端也應可靠接地。主回路中，用于連接制動單元和制動電阻的端子，用于防止提升機在垂直方向上運行時，發(fā)生工件在帶動電動機運轉(zhuǎn)，而產(chǎn)生很大的再生電動勢，即泵升電壓過高，損壞變頻器的現(xiàn)象出現(xiàn)。加入外接制動電阻或外接制動單元可消耗部分能量，提高變頻器的工作能力。根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制輸入回路中接入頻皸定電路，由PLC輸出的模擬量，即電壓或電流信號來控制變頻器的輸出頻率。此時的變頻器輸出頻率與設(shè)定電壓或電流輸入成正比。為了便于監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)異常，取出變頻器的異常信號送到PLC的輸入模塊，以作為變頻器的事故報警信號。
1.3變頻調(diào)速的優(yōu)點
（1）實現(xiàn)無級平穩(wěn)加減速 提高提升系統(tǒng)的安全水平。
（2）節(jié)約電能。
（3）用變頻器內(nèi)置的編程軟件替代繼電器實現(xiàn)提升速度控制，減少設(shè)備維修工作量。
（4）起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊節(jié)電效果明顯，啟動時無需串金屬電阻啟動，降低了啟動能耗。
（5）系統(tǒng)各項保護功能齊全，操作安全性能高。
2.變頻調(diào)速控制系統(tǒng)抗干擾措施
2.1變頻器干擾的來源
首先是來自外部電網(wǎng)的干擾。電網(wǎng)中的諧波干擾主要通過變頻器的供電電源干擾變頻器。電網(wǎng)中存在大量諧波源如各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負載及照明設(shè)備等。這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)電源電路干擾變頻器。
其次是變頻器自身對外部的干擾。變頻器的整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)來說是非線性負載，它所產(chǎn)生的諧波對同一電網(wǎng)的其它電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾。另外變頻器的逆變器大多采用PWM技術(shù)，當工作于開關(guān)模式且作高速切換時，產(chǎn)生大量耦合性噪聲。因此變頻器對系統(tǒng)內(nèi)其它的電子、電氣設(shè)備來說是一電磁干擾源。
變頻器的輸入和輸出電流中，都含有很多高次諧波成分。除了能構(gòu)成電源無功損耗的較低次諧波外，還有許多頻率很高的諧波成分。它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對變頻器本身和其它設(shè)備的干擾信號。
2.2抗干擾措施
2.2.1屏蔽干擾源
屏蔽干擾源是抑制干擾的最有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏;輸出線最好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短（一般為20m以內(nèi)），且信號線采用雙芯屏蔽，并與主電路線（AC380V）及控制線（AC220V）完全分離，決不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩必須可靠接地。
2.2.2采用電抗器
在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量（5次諧波、7次諧波、11次諧波、13次諧波等所）所占的比重是很高的，它們除了可能干擾其他設(shè)備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率，使線路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是抑制較低諧波電流的有效方法。根據(jù)接線位置的不同，主要有以下兩種：
（1）電抗器串聯(lián)在電源與變頻器的輸入側(cè)之間。其主要功能有：
a、通過抑制諧波電流，將功率因數(shù)提高至（0.75-0.85）。
b、削弱輸入電路中的浪涌電流對變頻器的沖擊。
c、削弱電源電壓不平衡的影響。
（2）直流電抗器 串聯(lián)在整流橋和濾波電容器之間。它的功能比較單一，就是削弱輸入電流中的高次諧波成分。但在提高功率因數(shù)方面比交流電抗器有效，可達0.95，并具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點。
2.2.3正確的接地
正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地抑制外來干擾，又能降低設(shè)備本身對外界的干擾。在實際應用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電源零線（中線）、地線（保護接地、系統(tǒng)接地）不分、控制系統(tǒng)屏蔽地（控制信號屏蔽地和主電路導線屏蔽地）的混亂連接，大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。對于變頻器，主回路端子PE（E、G）的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實際應用中一定要非常重視。變頻器接地導線的截面積一般應不小于2.5mm2，長度控制在20m以內(nèi)。建議變頻器的接地與其它動力設(shè)備接地點分開，不能共地。
3.變頻調(diào)速在煤礦提升運輸系統(tǒng)的運行效果分析
傳統(tǒng)提升機電控系統(tǒng)采用PLC與變頻器相結(jié)合的方案進行改選后，省去了大量的繼電器、接觸器及調(diào)速電阻，減少了故障發(fā)生率，同時還有利于節(jié)能。另外系統(tǒng)采用PLC軟件編程實現(xiàn)提升機主S形速度給定及操作臺輔助速度給定，能夠?qū)崿F(xiàn)自動及手動調(diào)速，靈活性大，易于操作；系統(tǒng)加入同步開關(guān)，也提高了控制精度。經(jīng)過MATLAB仿真實驗可以分析出，該系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)響應特性、帶負載能力及抗干擾能力，因此能夠滿足礦山生產(chǎn)實際需要。
