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矿井提升机电气控制关键技术及展望

以矿井提升系统的安全可靠性和技术先进性为基点，论述了提升机的直流传动、交-交变频传动和交-直-交变频传动技术，提升机自动运行方式、提升机（位置、速度、转矩）三闭环控制技术、3大控制回路（安全、电气停车、闭锁）控制技术、双PLC控制的主控、监控技术及传感器信号的双路检测技术。希望本文的论述能为以后的具体工作起到实际的参考作用。

标签：矿井提升机；电气控制；关键技术

矿井提升系统是连接井下与井上的重要生产环节，担负着煤矿的煤炭和辅助运输的提升和运送任务。矿井提升系统是周期性动作的输送设备，需要频繁地正、反转和频繁起、停车。国内提升系统的安全事故主要有断绳、过卷、卡罐、跑车、滑绳等。例如某矿副井罐笼提升，在提升机检修后故障开车发生坠罐事故，造成罐笼内十几人全部死亡。

矿井提升机电气传动系统是为使绳端提升容器在各提升水平装、卸载点间按预定速度图运行，用以实现矿井提升机电气化及自动控制而构成的相互关联的一组单元。电气传动系统由提升电动机、电源装置和控制装置3部分组成。提升机电气控制系统设计应确保提升系统的安全可靠性；完善设备选择的经济合理性；提高提升装备的技术先进性；满足提升配置的整体适用性；实现操作维护的简便快捷性。

近十年来随着矿井生产规模增大、开采深度增加和提升系统安全可靠性的提高，矿井提升设备得到飞速发展，各种新技术得到广泛使用，提升系统电气控制水平已达到国际先进水平。箕斗提升自动化水平不断提高，许多矿井的主井提升已实现了无人值守运行。

1电气传动系统的技术发展及存在问题

1.1直流传动装置

矿井直流提升机传动方案有2种，一种是由发电机和电动机组成的G-M系统，《煤炭生产技术与装备政策导向》（2014版）已禁止使用。另一种是由晶闸管和电动机组成的V-M系统。该系统出现于1960年，传动系统由12个晶闸管功率器件组成，通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变整流电压，从而实现平滑调速。一般采用正、反2组全控整流电路满足四象限运行要求。直流传动系统的主要问题是电动机效率低，系统在低速运行时，晶闸管导通角很小，功率因数低，谐波电流大。

1.2交-交变频传动装置

交-交变频传动出现于1980年，传动系统由36个晶闸管功率器件组成，采用相位控制方式，直接对3个交流输入相电压或线电压的波形进行控制，并将其重新组合成为3个交流输出。三绕组变压器，每一相类似于1台直流传动。交-交变频传动系统特别适用于矿井提升机的低速、大扭矩工况，低频段无脉动，受控运行性能好，可实现无制动运行，大大降低系统对液压制动的要求。交-交变频传动系统同样存在功率因数较低、谐波电流大等问题，对矿井电网造成污染，需要采取措施进行无功补偿和谐波治理。

1.3交-直-交变频传动装置

交-直-交变频传动技术近年来得到大力发展，是《煤炭生产技术与装备政策导向》（2014版）鼓励使用的传动方式。目前矿井提升机使用的主要有两电平或三电平低压（660/1140V）变频器、三电平中压（3300V）变频器和功率单元串联式的多电平高压（6/10kV）变频器，各种变频器的使用范围和特点如下：两电平或三电平低压（660/1140V），采用正弦波脉宽调制，所用器件为IGBT，主要用于带减速器的斜井提升或小功率立井提升。经过交-直-交变换后，变频器输出不是完全的正弦波形，而且有3次以上的谐波。通常二电平的结构为6脉波，其输入侧对电网的干扰比较大。三电平中压（3300V）变频器，通过独特的二极管钳位（或者其他钳位）方法，可以使系统的输出电压增加一个电平，其每个电力电子器件所承受的耐压只有直流电压的一半。所用器件为IGBT、IGCT等，三电平变频器的整流电路标准配置为12脉波整流电路，其输入变压器为三绕阻，2次采用D和Y接法，2组2次绕组对应线电压之间的相位差为！/6，从而使整流后的电压波形具有12脉波，有效地降低了整流器产生的谐波电流。存在问题是在0～1Hz时变频器出力只有额定出力的70%，要满足提升机起动加速的过载要求，一般需增加变频器容量。另外，需要增加去离子纯净水水冷却装置。功率单元串联式多电平高压变频产品在输入端设置1台输入隔离变压器，将输入高压交流电变成多组低压交流电，每组低压交流电分别输入到一个功率单元，经整流滤波为直流电后，再经过逆变成为交流电，各功率单元输出的交流信号在逆变侧串联成为高压交流输出供给高压电动机。为减小输入谐波，变压器的每个2次绕组的相位依次错开一个电角度，形成多脉波、多重化整流方式。其逆变输出采用多重PWM方式，输出谐波同样非常小。存在问题是低速时变频器出力小，对于带减速器的传动系统国内有成果案例，但对于直连驱动起动和运行问题较多。

2提升机电气控制关键技术

2.1提升机运行方式

要求主井提升机应具有遥控、全自动