高壓變頻器矢量控制技術在煤礦提升機中的應用

鄭培飛

（福建省永安煤業有限責任公司， 福建 永安 366102）

在變頻技術和微電子技術中應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。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，還有一個進行轉矩計算的CPU。變頻器要想調速的時候就需要改變電機定子繞組供電的頻率。現在工業技術的迅速發展，變頻技術在很多的領域都得到廣泛應用。煤礦生產中采用高壓電機的提升機械設備大多采用串電阻調速，目前國內大型煤礦近年來也有采用高壓變頻器調速，但由于前些年國內生產技術原因主要以進口高壓變頻器為主，所以價格較為昂貴。近幾年國產技術取得了較大進步，成熟的矢量控制是全數字控制技術，一些新型器件如IGBT IGCT SGCT等構成的新型高壓變頻器性能優異，價格比進口的低，所以近年來國內煤礦應用的也較多，但在我省的煤礦應用還不多。現在高頻變壓器矢量控制技術的應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增加了可靠性。

1 國內外高壓變頻器的現狀和技術發展的趨勢：

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

1.1 現在國外高壓變頻技術的情況：

在國外高壓變頻器的供應廠商主要有西門子、羅賓康等。現在占據高端市場的主要是以西門子文代表的國外品牌。現在國外各個品牌的變頻器生產上，都有一些系列化的產品，并且都實現了全數字化。并且多有的產品都有矢量控制的功能。在一些發達的國家，只要是有電機的地方，就一定有變頻器。國外的技術開發的比較早，現在已經有很大的產業化的規模，和變頻器有關的配套產業也都變得成熟起來。現在高壓變頻器已經應用到了各個行業中去，并且都有很顯著的經濟利益。

1.2 我國高壓變頻器的發展情況：

現在我國高壓變頻器的生產廠家有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構。在深圳的公司就有自己的自主知識產權的技術，在2009 年的時候就試著生產了40 臺，在2010 年的時候已經開始批量的生產。現在技術正在快速的發展，國產的高頻變壓器已經可以和進口的變頻器進行相比，但是在生產的時候還是會受到技術的限制。這些狀況主要表現在：現在國外的許多產品都占領著國內的市場，也加快了我國技術的發展。國產高壓變頻器的功率現在正在越做越大，目前最大能夠做到8000KW。現在國內的技術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：像國內的生產技術現在還處于落后的狀態，只能勉強的滿足變頻器生產的要求，但是價格確實非常的低廉。但是值得高興的是：現在國家已經開發出四象限運行的高壓變頻器，為以后的發展帶來了很多的幫助。

1.3 國內外高壓變頻器的技術發展趨勢：

高壓交流變頻調速的技術是一項綜合性的技術，這項技術既能處理一些巨大電能的轉換，還能處理信息的收集和傳輸。所以這項技術就要分成兩個部分：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速技術還有很大的發展：高壓變頻器在以后會朝著大功率、小型化的方向發展，還要根據實際情況的需要，朝著專業化、規模化的方向發展。

2 高壓變頻器矢量控制技術的原理：

在20 世紀70 年代的時候出現了感應電機的矢量控制技術，矢量控制技術的原理就是利用測量和控制異步電動機定子電流矢量，在根據磁場定向的原理控制異步電動機的勵磁電流和轉矩電流，通過控制它們來做到對異步電動機轉矩的控制。多電平型高壓變頻器是近幾年才發展起來的一種電路拓撲結構，他主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三部分組成，采用模塊化設計，可迅速替換故障模塊，采用多個低壓功率單元相互串聯的辦法實現高壓，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。三相高壓電經高壓開關柜進入，經輸入降壓、移相給功率單元柜內的功率單元供電，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送到控制單元進行相應的整流、逆變調整，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在煤礦提升機中的應用：

現在電子技術和計算機的控制技術都在快速的發展，這兩種技術的發展為電氣傳動的技術提供了重要的技術支撐。現在有許多的行業都應用了這種技術，在煤礦提升機中也得到了較廣泛的應用。

3.1 在煤礦提升機系統中應用PLC 的矢量控制調試技術：

PLC 的矢量控制系統技術的組成是有上機位的控制系統和主控制系統、拖動控制系統三個部分。這三個部分有著密不可分的關系。上機位控制系統是能夠歐事實的監控整個系統在工作時候的狀態，分析之后再用圖畫的形式展現出來，如果出現系統故障的情況時，就會有聲光警報發出，這樣就能夠保證整個系統的安全。整個系統最關鍵的核心就是主控制的系統，在設計的時候就是利用轉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用的是拖動控制系統。現在看來，礦井提升機變頻調速控制系統是由主軸裝置和動力站等構成，這個系統最主要的作用就是能夠順利的完成運輸，系統里面的動力站是負責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。變頻柜的功能就是提供能量的。控制臺的作用是能夠接受和回饋系統發出的信息，為煤礦提升機的安全提供保障，同時還起到監控的作用。

3.2 高壓變頻器矢量控制技術在監控系統上的設計應用：

監控系統的設計就是為了要隨時搜集一些關于提升機運行中出現的信息，從而保證提升機的安全。如果發現有問題出現，就要馬上根據監控系統傳出來的信息采取相應的辦法來解決。提升機最重要的任務就是要對現場數據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 結束語

總而言之，在煤礦提升機中應用高壓變頻器矢量控制技術能夠讓提升機運行平穩，不對設備產生沖擊，低速爬行階段平穩，定位精度高，不需轉子串電阻，節約能源，自動化程度高，操作簡單，轉子串電阻與變頻器互為備用，增強其安全可靠性。高壓變頻器的技術有著其他技術都不能夠比的優點，也是現階段一般技術無法超越的，高壓變頻矢量控制技術在我省煤礦主要提升系統的應用，能夠為社會創造較大的經濟效益。