高壓變頻器矢量控制技術(shù)在煤礦提升機中的應(yīng)用

鄭培飛

（福建省永安煤業(yè)有限責(zé)任公司， 福建 永安 366102）

在變頻技術(shù)和微電子技術(shù)中應(yīng)用最多的就是變頻器，變頻器的作用就是為了電機能夠變速的進行運轉(zhuǎn)。變頻器是一種把工作電源變化成不同的頻率的交流電源設(shè)備。變頻器的主要組成有：控制電路、整流電路、直流中間電路等。對于一些特殊的變頻器，還有一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU。變頻器要想調(diào)速的時候就需要改變電機定子繞組供電的頻率?，F(xiàn)在工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻技術(shù)在很多的領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。煤礦生產(chǎn)中采用高壓電機的提升機械設(shè)備大多采用串電阻調(diào)速，目前國內(nèi)大型煤礦近年來也有采用高壓變頻器調(diào)速，但由于前些年國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)原因主要以進口高壓變頻器為主，所以價格較為昂貴。近幾年國產(chǎn)技術(shù)取得了較大進步，成熟的矢量控制是全數(shù)字控制技術(shù)，一些新型器件如IGBT IGCT SGCT等構(gòu)成的新型高壓變頻器性能優(yōu)異，價格比進口的低，所以近年來國內(nèi)煤礦應(yīng)用的也較多，但在我省的煤礦應(yīng)用還不多?，F(xiàn)在高頻變壓器矢量控制技術(shù)的應(yīng)用能夠讓礦井提升機的工作速度大大的提高，并且還有很好的節(jié)能效果，在工作的時候還減少了很多的操作，讓礦井的主要運輸系統(tǒng)增加了可靠性。

1 國內(nèi)外高壓變頻器的現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展的趨勢：

在交流電機無極調(diào)速的要求下出現(xiàn)了變頻技術(shù)。在20 世紀60 年代之后，電力電子器件就廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)品中，但是在調(diào)速性方面還是不能夠滿足當(dāng)時的需要。從20 世紀70 年代開始，就研究除了脈寬調(diào)制變壓的變頻調(diào)速，等到20 世紀80 年代之后，微處理的技術(shù)在一點點的進行完善。等到80 年代的中后期，變頻技術(shù)的實用化應(yīng)用到了各個產(chǎn)品中后投入了市場。最早的變頻器是日本人買了英國的專利后研究的，現(xiàn)在美國和德國的技術(shù)在現(xiàn)在的市場中都占有著很大的優(yōu)勢。在21 世紀之后，國產(chǎn)的變頻器也開始占領(lǐng)市場。

1.1 現(xiàn)在國外高壓變頻技術(shù)的情況：

在國外高壓變頻器的供應(yīng)廠商主要有西門子、羅賓康等。現(xiàn)在占據(jù)高端市場的主要是以西門子文代表的國外品牌?，F(xiàn)在國外各個品牌的變頻器生產(chǎn)上，都有一些系列化的產(chǎn)品，并且都實現(xiàn)了全數(shù)字化。并且多有的產(chǎn)品都有矢量控制的功能。在一些發(fā)達的國家，只要是有電機的地方，就一定有變頻器。國外的技術(shù)開發(fā)的比較早，現(xiàn)在已經(jīng)有很大的產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模，和變頻器有關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)也都變得成熟起來。現(xiàn)在高壓變頻器已經(jīng)應(yīng)用到了各個行業(yè)中去，并且都有很顯著的經(jīng)濟利益。

1.2 我國高壓變頻器的發(fā)展情況：

現(xiàn)在我國高壓變頻器的生產(chǎn)廠家有20 多家，像：德華福、中山明陽等。因為美國的羅賓康公司沒有對中國申請的專利進行保護，所以大部分的廠家都使用的是單元多重化結(jié)構(gòu)。在深圳的公司就有自己的自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，在2009 年的時候就試著生產(chǎn)了40 臺，在2010 年的時候已經(jīng)開始批量的生產(chǎn)?，F(xiàn)在技術(shù)正在快速的發(fā)展，國產(chǎn)的高頻變壓器已經(jīng)可以和進口的變頻器進行相比，但是在生產(chǎn)的時候還是會受到技術(shù)的限制。這些狀況主要表現(xiàn)在：現(xiàn)在國外的許多產(chǎn)品都占領(lǐng)著國內(nèi)的市場，也加快了我國技術(shù)的發(fā)展。國產(chǎn)高壓變頻器的功率現(xiàn)在正在越做越大，目前最大能夠做到8000KW?，F(xiàn)在國內(nèi)的技術(shù)雖然和國外的差距在一點一點的縮小，但是還是存在很多的問題：像國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)在還處于落后的狀態(tài)，只能勉強的滿足變頻器生產(chǎn)的要求，但是價格確實非常的低廉。但是值得高興的是：現(xiàn)在國家已經(jīng)開發(fā)出四象限運行的高壓變頻器，為以后的發(fā)展帶來了很多的幫助。

1.3 國內(nèi)外高壓變頻器的技術(shù)發(fā)展趨勢：

高壓交流變頻調(diào)速的技術(shù)是一項綜合性的技術(shù)，這項技術(shù)既能處理一些巨大電能的轉(zhuǎn)換，還能處理信息的收集和傳輸。所以這項技術(shù)就要分成兩個部分：功率和控制。功率是要解決高壓大電流的技術(shù)問題，控制就是要控制硬件方面的問題。所以在未來高壓變頻調(diào)速技術(shù)還有很大的發(fā)展：高壓變頻器在以后會朝著大功率、小型化的方向發(fā)展，還要根據(jù)實際情況的需要，朝著專業(yè)化、規(guī)?；姆较虬l(fā)展。

2 高壓變頻器矢量控制技術(shù)的原理：

在20 世紀70 年代的時候出現(xiàn)了感應(yīng)電機的矢量控制技術(shù)，矢量控制技術(shù)的原理就是利用測量和控制異步電動機定子電流矢量，在根據(jù)磁場定向的原理控制異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，通過控制它們來做到對異步電動機轉(zhuǎn)矩的控制。多電平型高壓變頻器是近幾年才發(fā)展起來的一種電路拓撲結(jié)構(gòu)，他主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三部分組成，采用模塊化設(shè)計，可迅速替換故障模塊，采用多個低壓功率單元相互串聯(lián)的辦法實現(xiàn)高壓，解決了高壓難題而得名。

變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。三相高壓電經(jīng)高壓開關(guān)柜進入，經(jīng)輸入降壓、移相給功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元輸出首尾相串。主控制柜中的控制單元通過光纖時對功率柜中的第一功率單元整流、逆變控制與檢測，這樣通過實際需要通過操作界面進行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到控制單元進行相應(yīng)的整流、逆變調(diào)整，輸出滿足負荷需求的電壓等級。

3 高壓變頻器矢量控制技術(shù)在煤礦提升機中的應(yīng)用：

現(xiàn)在電子技術(shù)和計算機的控制技術(shù)都在快速的發(fā)展，這兩種技術(shù)的發(fā)展為電氣傳動的技術(shù)提供了重要的技術(shù)支撐。現(xiàn)在有許多的行業(yè)都應(yīng)用了這種技術(shù)，在煤礦提升機中也得到了較廣泛的應(yīng)用。

3.1 在煤礦提升機系統(tǒng)中應(yīng)用PLC 的矢量控制調(diào)試技術(shù)：

PLC 的矢量控制系統(tǒng)技術(shù)的組成是有上機位的控制系統(tǒng)和主控制系統(tǒng)、拖動控制系統(tǒng)三個部分。這三個部分有著密不可分的關(guān)系。上機位控制系統(tǒng)是能夠歐事實的監(jiān)控整個系統(tǒng)在工作時候的狀態(tài)，分析之后再用圖畫的形式展現(xiàn)出來，如果出現(xiàn)系統(tǒng)故障的情況時，就會有聲光警報發(fā)出，這樣就能夠保證整個系統(tǒng)的安全。整個系統(tǒng)最關(guān)鍵的核心就是主控制的系統(tǒng)，在設(shè)計的時候就是利用轉(zhuǎn)子磁場定向間接矢量控制的原理。主控制的作用就是為了實現(xiàn)安全回路的雙限制。在進行矢量控制核心運算的時候就需要應(yīng)用的是拖動控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在看來，礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是由主軸裝置和動力站等構(gòu)成，這個系統(tǒng)最主要的作用就是能夠順利的完成運輸，系統(tǒng)里面的動力站是負責(zé)給煤礦提升機提供動力的，這樣就能保證礦井提升機的運轉(zhuǎn)。變頻柜的功能就是提供能量的?？刂婆_的作用是能夠接受和回饋系統(tǒng)發(fā)出的信息，為煤礦提升機的安全提供保障，同時還起到監(jiān)控的作用。

3.2 高壓變頻器矢量控制技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)上的設(shè)計應(yīng)用：

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計就是為了要隨時搜集一些關(guān)于提升機運行中出現(xiàn)的信息，從而保證提升機的安全。如果發(fā)現(xiàn)有問題出現(xiàn)，就要馬上根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)傳出來的信息采取相應(yīng)的辦法來解決。提升機最重要的任務(wù)就是要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和實時顯示進行保護。一般PLC 有兩種形式：一種是固定式、一種是組合式。

4 結(jié)束語

總而言之，在煤礦提升機中應(yīng)用高壓變頻器矢量控制技術(shù)能夠讓提升機運行平穩(wěn)，不對設(shè)備產(chǎn)生沖擊，低速爬行階段平穩(wěn)，定位精度高，不需轉(zhuǎn)子串電阻，節(jié)約能源，自動化程度高，操作簡單，轉(zhuǎn)子串電阻與變頻器互為備用，增強其安全可靠性。高壓變頻器的技術(shù)有著其他技術(shù)都不能夠比的優(yōu)點，也是現(xiàn)階段一般技術(shù)無法超越的，高壓變頻矢量控制技術(shù)在我省煤礦主要提升系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠為社會創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益。