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【摘要】本文主要对矿井提升机驱动系统性能存在的问题进行分析，并结合其在煤矿生产中的应用情况，重点对双PWM变频器的相关情况进行了探讨，提出了其在矿井提升机驱动系统上应用的优越性，以期能够为相关设计以及矿井提升机驱动系统性能改进工作提供一定的指导。
【关键词】矿井提升机；驱动系统；双PWM变频器；应用
近年来，煤矿生产的安全性受到了广泛的关注和高度的重视，对相关设备的性能提出了更高的要求，煤矿生产设备正在朝着大型化、大功率化、新型化方向发展，这对电能质量也提出了越来越高的要求。就煤矿提升机来看，以往普遍采用的是直流电机驱动，其优点是启动和调速性能较好，但是也存在着结构复杂、换向困难、造价昂贵等缺点，现正逐渐被交流电机取代，在此过程中，双PWM变频器得到了普及，其为提升机驱动系统性能的改造提供了一个新的设计思路。
一、基于双PWM变频器的驱动系统的特点
随着变频交流技术的不断进步，交流电机的运行性能越来越好，而且克服了直流电机能耗大、效率低的缺点，在煤矿生产中得到了广泛的应用，目前交流电机的调速方式可分为两种：一种是串联分级调速，一种是变频调速，现被推广采用的是后一种，该调速方式具有位置定位精度高、安全性可靠、稳定性高等优点，达到了《煤矿安全规程》对矿井提升机安全性的要求。变频调速分为不控整流变频器和双PWM变频器两种类型，不控整流的直流侧电压不可控，交流测需要高频变压器，而且还要装设制动电量回馈装置，不仅增加了变频器的负担和体积，也增加了设备的投入和维护成本，因此建议采用双PWM变频器[1]。
基于PWM整流器的双PWM变频系统，无论是结构还是功能都要优于基于不控整流的变频器，它能够实现直接转矩控制和功率控制，网侧电流可达到正弦化，且无需增加其他额外装置便可实现能量双向流动，极大地提高了设备的电能利用率，再有，通过改善控制算法以及对网侧电感进行合理化设计，可有效减少网侧谐波含量，进而减小滤波设备体积；通过控制网侧电压矢量和电流矢量，PWM整流器可同时达到纯电感、纯电容、正电阻和负电阻状态，进而实现能量的双向流动[2]。
二、矿井提升机驱动系统双PWM变频器的实际应用
当PWM整流器工作在整流状态时，其网侧电感和直流测电容将起到储能作用，此外，电容还能够起到的是稳定直流母线电压、滤除高次谐波的作用，而传统直流侧稳压电流为达到这一效果，必须采用大容量的电解电容，这种电容相对体积也比较大，成本也比较高[3]。当PWM整流器工作在有源逆变状态时，后级逆变器将发挥三相不控整流桥同等作用，能够将负载的制动能量整流成直流回归给直流侧，经PWM整流器逆变，使三相电压达到电网谐波和无功要求，然后回馈给电网，进而实现了电能的节约。由于矿井提升机的启动和制动都比较频繁，需要在整流状态和有源逆变状态下不停的工作，这会给开关造成很大的损耗，还会给电网的运行造成一定的影响，不利于其他设备的正常工作[4]。为有效缓解PWM整流器的工作负担，提高整个系统的工作效能，在直流侧应采用超级电容进行储能，将负载制动产生的回馈电能预储在超级电容中，这样在下次启动时便可以直接利用已经储存好的电能，而且在未达到满荷时，电能不会回馈到电网侧，即减轻了PWM整流器在有源逆变状态下的工作负担。
交流变频技术的进步，使得交流电机的性能也大幅度提升，将其应用于煤矿生产中，能够提高煤矿生产设备的生产效率，尤其是应用于矿井提升机驱动系统，有助于改善工作环境，降低运行成本，减少耗电量。基于PWM整流器的矿井提升机常采用“交—直—交”变频驱动系统，通过搭建变频器力矩实验平台，完成对双PWM变频器的带载实验测试，实验结果显示，输出频率在0Hz～50Hz之间变动，可实现软启动，减小变频器启动时网侧电流对电网的冲击。经电流传感器测得，交流侧电流明显降低，平均下降8A左右，与不控整流变频器相比，大约节省了40%电能，同时网侧电压波形也实现了很好的正弦化，就其功率因数来看，能够达到1；采用超级电容后，直流侧经预先滤波储能后，有效滤除了高次谐波，电网未受到网侧电流的谐波干扰，其他设备运行正常，电机的启动、停转等控制性能都得到了明显的改善[5]。
结论
综上所述，通过与传统矿井提升机电机驱动系统比较，发现交流电机的运行性能并不比直流电机差，而且借助变频交流技术，应用双PWM变频器，还能弥补原系统存在的不足，基于双PWM变频器的矿井提升机驱动系统，其在煤矿生产的实际应用中体现了明显的优势，不仅改善了电能浪费严重的问题，还通过超级电容储能滤波装置解决了谐波对煤矿电网的干扰问题，其在结构改进和控制方法优化方面均取得了明显的进步。
参考文献
[1]张慧卿.矿井提升机系统安全保护功能综述[J].技术与市场，2013，12（3）：59-60.
[2]刘显龙，杨成林，江波.多绳摩擦式矿井提升机E141A型液压站常见故障分析与系统调试[J].矿业装备，2013，12（4）：120-121.
[3]张勇.变频技术在矿井提升系统节能中的应用分析[J].科技与企业，2013，23（6）：241-242.
[4]黄辉，王欣.矿井绕线提升机双馈转子变频调速系统的研究[J].内蒙古煤炭经济，2013，12（4）：118-119.
[5]王玉芳.基于LabVIEW的矿井提升机监控系统设计[J].煤矿机械，2013，10（2）：209-211.
【关键词】矿井提升机；驱动系统；双PWM变频器；应用
近年来，煤矿生产的安全性受到了广泛的关注和高度的重视，对相关设备的性能提出了更高的要求，煤矿生产设备正在朝着大型化、大功率化、新型化方向发展，这对电能质量也提出了越来越高的要求。就煤矿提升机来看，以往普遍采用的是直流电机驱动，其优点是启动和调速性能较好，但是也存在着结构复杂、换向困难、造价昂贵等缺点，现正逐渐被交流电机取代，在此过程中，双PWM变频器得到了普及，其为提升机驱动系统性能的改造提供了一个新的设计思路。
一、基于双PWM变频器的驱动系统的特点
随着变频交流技术的不断进步，交流电机的运行性能越来越好，而且克服了直流电机能耗大、效率低的缺点，在煤矿生产中得到了广泛的应用，目前交流电机的调速方式可分为两种：一种是串联分级调速，一种是变频调速，现被推广采用的是后一种，该调速方式具有位置定位精度高、安全性可靠、稳定性高等优点，达到了《煤矿安全规程》对矿井提升机安全性的要求。变频调速分为不控整流变频器和双PWM变频器两种类型，不控整流的直流侧电压不可控，交流测需要高频变压器，而且还要装设制动电量回馈装置，不仅增加了变频器的负担和体积，也增加了设备的投入和维护成本，因此建议采用双PWM变频器[1]。
基于PWM整流器的双PWM变频系统，无论是结构还是功能都要优于基于不控整流的变频器，它能够实现直接转矩控制和功率控制，网侧电流可达到正弦化，且无需增加其他额外装置便可实现能量双向流动，极大地提高了设备的电能利用率，再有，通过改善控制算法以及对网侧电感进行合理化设计，可有效减少网侧谐波含量，进而减小滤波设备体积；通过控制网侧电压矢量和电流矢量，PWM整流器可同时达到纯电感、纯电容、正电阻和负电阻状态，进而实现能量的双向流动[2]。
二、矿井提升机驱动系统双PWM变频器的实际应用
当PWM整流器工作在整流状态时，其网侧电感和直流测电容将起到储能作用，此外，电容还能够起到的是稳定直流母线电压、滤除高次谐波的作用，而传统直流侧稳压电流为达到这一效果，必须采用大容量的电解电容，这种电容相对体积也比较大，成本也比较高[3]。当PWM整流器工作在有源逆变状态时，后级逆变器将发挥三相不控整流桥同等作用，能够将负载的制动能量整流成直流回归给直流侧，经PWM整流器逆变，使三相电压达到电网谐波和无功要求，然后回馈给电网，进而实现了电能的节约。由于矿井提升机的启动和制动都比较频繁，需要在整流状态和有源逆变状态下不停的工作，这会给开关造成很大的损耗，还会给电网的运行造成一定的影响，不利于其他设备的正常工作[4]。为有效缓解PWM整流器的工作负担，提高整个系统的工作效能，在直流侧应采用超级电容进行储能，将负载制动产生的回馈电能预储在超级电容中，这样在下次启动时便可以直接利用已经储存好的电能，而且在未达到满荷时，电能不会回馈到电网侧，即减轻了PWM整流器在有源逆变状态下的工作负担。
交流变频技术的进步，使得交流电机的性能也大幅度提升，将其应用于煤矿生产中，能够提高煤矿生产设备的生产效率，尤其是应用于矿井提升机驱动系统，有助于改善工作环境，降低运行成本，减少耗电量。基于PWM整流器的矿井提升机常采用“交—直—交”变频驱动系统，通过搭建变频器力矩实验平台，完成对双PWM变频器的带载实验测试，实验结果显示，输出频率在0Hz～50Hz之间变动，可实现软启动，减小变频器启动时网侧电流对电网的冲击。经电流传感器测得，交流侧电流明显降低，平均下降8A左右，与不控整流变频器相比，大约节省了40%电能，同时网侧电压波形也实现了很好的正弦化，就其功率因数来看，能够达到1；采用超级电容后，直流侧经预先滤波储能后，有效滤除了高次谐波，电网未受到网侧电流的谐波干扰，其他设备运行正常，电机的启动、停转等控制性能都得到了明显的改善[5]。
结论
综上所述，通过与传统矿井提升机电机驱动系统比较，发现交流电机的运行性能并不比直流电机差，而且借助变频交流技术，应用双PWM变频器，还能弥补原系统存在的不足，基于双PWM变频器的矿井提升机驱动系统，其在煤矿生产的实际应用中体现了明显的优势，不仅改善了电能浪费严重的问题，还通过超级电容储能滤波装置解决了谐波对煤矿电网的干扰问题，其在结构改进和控制方法优化方面均取得了明显的进步。
参考文献
[1]张慧卿.矿井提升机系统安全保护功能综述[J].技术与市场，2013，12（3）：59-60.
[2]刘显龙，杨成林，江波.多绳摩擦式矿井提升机E141A型液压站常见故障分析与系统调试[J].矿业装备，2013，12（4）：120-121.
[3]张勇.变频技术在矿井提升系统节能中的应用分析[J].科技与企业，2013，23（6）：241-242.
[4]黄辉，王欣.矿井绕线提升机双馈转子变频调速系统的研究[J].内蒙古煤炭经济，2013，12（4）：118-119.
[5]王玉芳.基于LabVIEW的矿井提升机监控系统设计[J].煤矿机械，2013，10（2）：209-211.