礦井提升機變頻調速技術研究

馮 權

（同煤集團四老溝礦綜合管理區， 山西 大同 037003）

引言

目前，國內的大部分礦山在開采的過程中都會使用礦井提升機變頻調速控制，而且對它的計算方法也有很多。雖然它可以保證作業現場的空氣質量，不會影響到工作人員的身心健康，但運行效率較低，耗能比較嚴重，易造成極大的生產浪費。基于此，對礦井提升機變頻調速控制的使用技術進行研究與剖析，有著一定的理論及實際意義。

1 礦井提升機變頻調速的原理及難點

1.1 調速原理

礦井提升機所使用變頻調速設備的關鍵部件便是交-交變頻器，它的構成部分主要是36只反并聯的晶閘管。而它實際上是通過對晶閘管觸發角的控制，并按照正弦規律對觸發角進行調制來實現的，繼而使輸出的幅值與頻率能夠任意調換交流正弦的電壓，從而達到對礦井提升機變頻調速的驅動。所以礦井提升機交-交變頻調速原理實質上是指交-交變頻器的運行原理[1]。

通過有效地控制對晶閘管的開通與切斷，從而對脈沖觸發角進行調節與控制，并對該變頻器的輸出電壓與頻率進行控制，通常采取的方式方法是余弦交截法。通過余弦交截法持續不斷地變化晶閘管的脈沖觸發角，進而對變頻器的輸出電壓及頻率進行綜合調節與控制，繼而對該系統進行變頻調速。所以，該系統性能優劣的關鍵與余弦交截法算法的正確與否，有著直接的關聯[2]。

1.2 難點技術

若直接按照上述中的余弦交截法能夠實現對晶閘管觸發角的控制需求，但應該事先計算出相關的反三角方程，既費時又費力，而且它的實時性極差。而應用余弦交截法進行離線計算，是應用求解直線方程類似等價求解的三角方程。但該種計算方式的難點是不能在線實時求解觸發時機，無法任意變化變頻器的輸出頻率，便不能夠完成在線連續變頻的操作。

2 礦井提升機變頻調速控制策略

為了完善離線計算方法，完成在線實時不斷變頻的，改良及優化系統的各方面性能，在進行離線計算的要求上，給出了余弦交截法的在線計算方式，進而完成了求取觸發時刻的過程，依據換流角和轉差率之間的關聯，對該類設備的換流角度，進行全方位的確定，最終依據頻率的切換效應，在每一周期的固定點處，完成對頻率的切換工作，從而取得變頻器輸出頻率的無級差在線不斷變化的效果。這種算法可以確保輸出電壓的對稱性和仿真試驗的可觀測性，將非常小的頻率級差設定為0.5 Hz，在一定階段內，按照統計規律可以認為輸出頻率是持續變化[3]。通過聯立參考波和同步波方程組，可以在計算出半個周期內一系列觸發點的幅值，若要求實時調節變頻器輸出電壓頻率，則只能在后半個周期內調節參考波的幅值和頻率，再次求解一系列交點的幅值。

變頻器輸出頻率采用固定點切換，在接到要求進行頻率切換的指令后，并不立刻進行變頻，仍以原來方式運行，直到達到規定的切換點才進行變頻，這就需要確定電流滯后電壓過零點的一個固定角度，該角度就是各個頻率下提升機電機的換流角度。固定點切換具有很好的控制平滑性，而且此方式切換震蕩較小，切換瞬間電流變化不大，輸出波形的對稱度和正弦度比較好。

3 仿真及試驗的結果

通過MATLAB/Simulink，對提升機調速系統的仿真模型進行全面的構建工作，并選擇使用型號為西門子1LA113－4AA的提升機，它的額定電壓為400 V，頻率為 50 Hz，額定的轉速是 1 440 r/min，漏感為0.02 H，定子每相電阻的數值是5.25 Ω，折算之后的轉子，每一相電阻的數值均為3.21 Ω，漏感為0.020 H。使用MATLAB中的S函數對余弦交截法進行改良與程序編譯，進而得出如圖1所示的仿真結果。從結果中能夠發現，依據該種變頻控制算法，提升機電機轉速達成了不間斷的隨意變換，而且轉動速度變化準確平滑，仿真的成果和算法的理論相符合。

仿真試驗結果表明，仿真的波形、實驗的波形等都與算法分析相適應，在線持續變頻控制算法下的該系統，具有良好的系統性能，該類算法能夠基本上符合有關控制要求。

4 結語

在確保工作效率有所提升的前提下，一方面選擇使用在線連續變頻控制算法，以更好地實現變頻提升機調速系統在線連續變頻的控制效果。另一方面選擇合適型號的變頻調速裝置，使變頻器可以針對礦井的具體環境，對提升機的運行功率進行適當的調節，從而降低能源消耗。

圖1 9.5～10 Hz互相切換的轉速轉矩波形