矿井提升机变频调速技术研究

冯 权

（同煤集团四老沟矿综合管理区， 山西 大同 037003）

引言

目前，国内的大部分矿山在开采的过程中都会使用矿井提升机变频调速控制，而且对它的计算方法也有很多。虽然它可以保证作业现场的空气质量，不会影响到工作人员的身心健康，但运行效率较低，耗能比较严重，易造成极大的生产浪费。基于此，对矿井提升机变频调速控制的使用技术进行研究与剖析，有着一定的理论及实际意义。

1 矿井提升机变频调速的原理及难点

1.1 调速原理

矿井提升机所使用变频调速设备的关键部件便是交-交变频器，它的构成部分主要是36只反并联的晶闸管。而它实际上是通过对晶闸管触发角的控制，并按照正弦规律对触发角进行调制来实现的，继而使输出的幅值与频率能够任意调换交流正弦的电压，从而达到对矿井提升机变频调速的驱动。所以矿井提升机交-交变频调速原理实质上是指交-交变频器的运行原理[1]。

通过有效地控制对晶闸管的开通与切断，从而对脉冲触发角进行调节与控制，并对该变频器的输出电压与频率进行控制，通常采取的方式方法是余弦交截法。通过余弦交截法持续不断地变化晶闸管的脉冲触发角，进而对变频器的输出电压及频率进行综合调节与控制，继而对该系统进行变频调速。所以，该系统性能优劣的关键与余弦交截法算法的正确与否，有着直接的关联[2]。

1.2 难点技术

若直接按照上述中的余弦交截法能够实现对晶闸管触发角的控制需求，但应该事先计算出相关的反三角方程，既费时又费力，而且它的实时性极差。而应用余弦交截法进行离线计算，是应用求解直线方程类似等价求解的三角方程。但该种计算方式的难点是不能在线实时求解触发时机，无法任意变化变频器的输出频率，便不能够完成在线连续变频的操作。

2 矿井提升机变频调速控制策略

为了完善离线计算方法，完成在线实时不断变频的，改良及优化系统的各方面性能，在进行离线计算的要求上，给出了余弦交截法的在线计算方式，进而完成了求取触发时刻的过程，依据换流角和转差率之间的关联，对该类设备的换流角度，进行全方位的确定，最终依据频率的切换效应，在每一周期的固定点处，完成对频率的切换工作，从而取得变频器输出频率的无级差在线不断变化的效果。这种算法可以确保输出电压的对称性和仿真试验的可观测性，将非常小的频率级差设定为0.5 Hz，在一定阶段内，按照统计规律可以认为输出频率是持续变化[3]。通过联立参考波和同步波方程组，可以在计算出半个周期内一系列触发点的幅值，若要求实时调节变频器输出电压频率，则只能在后半个周期内调节参考波的幅值和频率，再次求解一系列交点的幅值。

变频器输出频率采用固定点切换，在接到要求进行频率切换的指令后，并不立刻进行变频，仍以原来方式运行，直到达到规定的切换点才进行变频，这就需要确定电流滞后电压过零点的一个固定角度，该角度就是各个频率下提升机电机的换流角度。固定点切换具有很好的控制平滑性，而且此方式切换震荡较小，切换瞬间电流变化不大，输出波形的对称度和正弦度比较好。

3 仿真及试验的结果

通过MATLAB/Simulink，对提升机调速系统的仿真模型进行全面的构建工作，并选择使用型号为西门子1LA113－4AA的提升机，它的额定电压为400 V，频率为 50 Hz，额定的转速是 1 440 r/min，漏感为0.02 H，定子每相电阻的数值是5.25 Ω，折算之后的转子，每一相电阻的数值均为3.21 Ω，漏感为0.020 H。使用MATLAB中的S函数对余弦交截法进行改良与程序编译，进而得出如图1所示的仿真结果。从结果中能够发现，依据该种变频控制算法，提升机电机转速达成了不间断的随意变换，而且转动速度变化准确平滑，仿真的成果和算法的理论相符合。

仿真试验结果表明，仿真的波形、实验的波形等都与算法分析相适应，在线持续变频控制算法下的该系统，具有良好的系统性能，该类算法能够基本上符合有关控制要求。

4 结语

在确保工作效率有所提升的前提下，一方面选择使用在线连续变频控制算法，以更好地实现变频提升机调速系统在线连续变频的控制效果。另一方面选择合适型号的变频调速装置，使变频器可以针对矿井的具体环境，对提升机的运行功率进行适当的调节，从而降低能源消耗。

图1 9.5～10 Hz互相切换的转速转矩波形