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摘要：
本文简要介绍了矿井提升机电机功率在500KW以下高压变频、低压变频和直流电控系统方案的优缺点，以此对设计或使用部门对电控系统的选用提供指导作用。
关键词：矿井提升机高压变频低压变频 直流电控 方案 比较
中图分类号： TD163 文献标识码： A
关于500KW以下矿井提升机电控系统的配置，有几种典型方案（高压变频、低压变频、直流调速等），下面就这几种方案的性价比等方面进行比较，以便于设计单位或用户决策！
一、性能比较
1.速度的可控性——调速性能
高、低压变频电控和直流电控都具有良好的速度可控性，即不论在重物提升或重物下放工况，司机都可以根据需要控制运行速度，属于无级调速系统。特别是在拉人和拉物有不同速度要求时或负荷不同时，调速精度都可以控制在0.5%之内。也就是说，若需要2m/s的速度运行，不论是重物提升还是重物下放，也不论是空载还是重载，提升机的速度都可以保持在2m/s的稳定速度运行；其它速度控制亦同。
2.系统的安全性
2.1．高压变频系统与直流电控系统的比较
系统的安全性是建立在系統的控制性能和可靠性基础上的，没有良好的控制性能和可靠性能就没有可靠的安全性。从这个意义上来讲，直流电控系统比高压变频系统更可靠、更安全，这是因为直流系统比高压变频系统实践应用时间更长，不论从理论上还是从实际应用上都更加成熟，也就更加可靠和安全；另外一方面，直流电控主回路属低压范畴、采用低压晶闸管元件控制，可靠性较高；高压变频电控主回路属高压范畴、采用低压IGBT元件串联，影响了系统的可靠性。
另一方面，从对使用和维护上讲，直流电控系统比高压变频系统更加容易、更加方便。
2.2．高压变频与低压变频系统的比较
系统的安全性与系统的可靠性相关联并建立在系统的可靠性基础上，从这个意义上讲，低压变频比高压变频更可靠，更安全。
低压变频系统采用IGBT桥臂式结构 ，每台变频器整流侧6只IGBT，逆变侧6只IGBT，共12只IGBT，即主回路元件及结构仅按低压装置设计和制作即可，因此元件少，电压低成为它的特点，正因为如此也奠定了其高可靠性的基础。
高压变频同样采用低压IGBT及其它主回路元件，但必须由多只元件（或组成单元）串联才能组合成高压控制系统。从技术方案中可以看出，若采用高压变频，则需要180只IGBT，每10只IGBT组成一个单元，每6个单元组成一相，三相星形接法后形成线电压6KV控制高压电机。这种结构在控制措施上还必须考虑每一相6个单元逆变侧IGBT的参数离散性和触发导通的同一性（同时性），以及每个单元的均压问题。由此使高压变频系统的可靠性大打折扣。
从上述分析可知，对于变频电控系统，在容量允许的范围内应优先考虑低压变频。
2.3．低压变频和直流系统的比较
低压变频和直流系统同属于低压器件控制低压电机，可靠性相当。异步电机的矢量控制策略完善后（特别是实现了低速大扭矩甚至零速大扭矩），低压变频亦能达到直流系统的调速精度。
由于直流电控是12脉动整流，低压变频是6脉动整流，在谐波抑制方面直流电控优于低压变频系统。
3.技术水平的前瞻性
低压变频技术先进，在中、小功率（≤800KW)范围内应用是主流；高压变频在高压功率器件技术过关后应用于大功率（800KW-5000KW)设备是方向；直流电控系统技术成熟，性能稳定，在(500-2000KW)范围内应优先选用。
二．投资成本
1．设备投资成本
1.1 高压变频成本高。
1.2 直流电控成本低。
三．运行成本
1．电能消耗
电能消耗是运行成本中最主要部分。由于高压变频和直流电控的控制方式和效果基本相同，即都能实现负力运行时的能量回馈电网和正力提升时的对电网变功率取能，因此电能消耗基本相同，两种方式都比较节能。
变频系统和直流系统只所以节能，主要是因为和串电阻系统比有两个方面的原因。
一是变频系统的V/F等于常数特性，这里V代表异步电机的定子电压，F代表定子频率也就代表了电机的速度。对于提升机类负载属恒力矩调速，矿车的载荷决定了电机的力矩也就决定了电机的电流，在电流一定的情况下，电机取自于电网的功率与电机的转速成正比，也就是说电机带动负载运动需要多少功率就从电网取用多少功率，基本上无转差功率的消耗，因此而节能。而串电阻系统在加速段和减速段以及低于额定转速运行时从电网吸取的功率和额定速度时是相同的，只不过从电网吸收的功率一部分转换为轴功率拖动负载运动而更大一部分功率作为转差功率全部消耗在转子回路电阻上，产生热能白白消耗浪费掉。
直流电控的调速原理也属于调压调速，负荷一定电枢电流一定，而电枢电压和电机的转速成正比，和变频电控系统同样的道理节能。
二是变频系统和直流电控系统具有能量回馈功能，可把重物下放时的机械能全部转化为电能回馈到电网，从而达到节能的效果。
2．设备维护成本
高压变频维护成本较高（更换单元），直流电控维护成本低（更换器件）。
四．运行效率及效益
运行效率与效益相辅相成，没有高的运行效率就没有高的运行效益。高压变频由于结构复杂且控制高压而故障率高，因此运行效率相对较低。直流电控基本实现免维护而运行效率较高。
五.安装、调试的工程量
由于高压变频方案系统复杂，在调试过程中难免出现这样或那样的问题，有时甚至需要更换功率单元（这已被实践所证明），因此，调试周期较长。
直流电控系统和低压变频系统相当成熟，调试周期很短。
五．结论
根据以上各指标分析可以看出：
1.高压变频方案缺点是投资成本较高、可靠性略低，建议在大功率情况下选用。
2.直流电控系统优点是投资成本较低、可靠性高，技术相当成熟，建议作为优选之一。
3.低压变频电控系统优点是投资成本较低、可靠性高，技术已成熟且电机维修量小，同样建议作为优选之一。
4.矿方应根据具体条件，综合考虑后选定方案。
本文简要介绍了矿井提升机电机功率在500KW以下高压变频、低压变频和直流电控系统方案的优缺点，以此对设计或使用部门对电控系统的选用提供指导作用。
关键词：矿井提升机高压变频低压变频 直流电控 方案 比较
中图分类号： TD163 文献标识码： A
关于500KW以下矿井提升机电控系统的配置，有几种典型方案（高压变频、低压变频、直流调速等），下面就这几种方案的性价比等方面进行比较，以便于设计单位或用户决策！
一、性能比较
1.速度的可控性——调速性能
高、低压变频电控和直流电控都具有良好的速度可控性，即不论在重物提升或重物下放工况，司机都可以根据需要控制运行速度，属于无级调速系统。特别是在拉人和拉物有不同速度要求时或负荷不同时，调速精度都可以控制在0.5%之内。也就是说，若需要2m/s的速度运行，不论是重物提升还是重物下放，也不论是空载还是重载，提升机的速度都可以保持在2m/s的稳定速度运行；其它速度控制亦同。
2.系统的安全性
2.1．高压变频系统与直流电控系统的比较
系统的安全性是建立在系統的控制性能和可靠性基础上的，没有良好的控制性能和可靠性能就没有可靠的安全性。从这个意义上来讲，直流电控系统比高压变频系统更可靠、更安全，这是因为直流系统比高压变频系统实践应用时间更长，不论从理论上还是从实际应用上都更加成熟，也就更加可靠和安全；另外一方面，直流电控主回路属低压范畴、采用低压晶闸管元件控制，可靠性较高；高压变频电控主回路属高压范畴、采用低压IGBT元件串联，影响了系统的可靠性。
另一方面，从对使用和维护上讲，直流电控系统比高压变频系统更加容易、更加方便。
2.2．高压变频与低压变频系统的比较
系统的安全性与系统的可靠性相关联并建立在系统的可靠性基础上，从这个意义上讲，低压变频比高压变频更可靠，更安全。
低压变频系统采用IGBT桥臂式结构 ，每台变频器整流侧6只IGBT，逆变侧6只IGBT，共12只IGBT，即主回路元件及结构仅按低压装置设计和制作即可，因此元件少，电压低成为它的特点，正因为如此也奠定了其高可靠性的基础。
高压变频同样采用低压IGBT及其它主回路元件，但必须由多只元件（或组成单元）串联才能组合成高压控制系统。从技术方案中可以看出，若采用高压变频，则需要180只IGBT，每10只IGBT组成一个单元，每6个单元组成一相，三相星形接法后形成线电压6KV控制高压电机。这种结构在控制措施上还必须考虑每一相6个单元逆变侧IGBT的参数离散性和触发导通的同一性（同时性），以及每个单元的均压问题。由此使高压变频系统的可靠性大打折扣。
从上述分析可知，对于变频电控系统，在容量允许的范围内应优先考虑低压变频。
2.3．低压变频和直流系统的比较
低压变频和直流系统同属于低压器件控制低压电机，可靠性相当。异步电机的矢量控制策略完善后（特别是实现了低速大扭矩甚至零速大扭矩），低压变频亦能达到直流系统的调速精度。
由于直流电控是12脉动整流，低压变频是6脉动整流，在谐波抑制方面直流电控优于低压变频系统。
3.技术水平的前瞻性
低压变频技术先进，在中、小功率（≤800KW)范围内应用是主流；高压变频在高压功率器件技术过关后应用于大功率（800KW-5000KW)设备是方向；直流电控系统技术成熟，性能稳定，在(500-2000KW)范围内应优先选用。
二．投资成本
1．设备投资成本
1.1 高压变频成本高。
1.2 直流电控成本低。
三．运行成本
1．电能消耗
电能消耗是运行成本中最主要部分。由于高压变频和直流电控的控制方式和效果基本相同，即都能实现负力运行时的能量回馈电网和正力提升时的对电网变功率取能，因此电能消耗基本相同，两种方式都比较节能。
变频系统和直流系统只所以节能，主要是因为和串电阻系统比有两个方面的原因。
一是变频系统的V/F等于常数特性，这里V代表异步电机的定子电压，F代表定子频率也就代表了电机的速度。对于提升机类负载属恒力矩调速，矿车的载荷决定了电机的力矩也就决定了电机的电流，在电流一定的情况下，电机取自于电网的功率与电机的转速成正比，也就是说电机带动负载运动需要多少功率就从电网取用多少功率，基本上无转差功率的消耗，因此而节能。而串电阻系统在加速段和减速段以及低于额定转速运行时从电网吸取的功率和额定速度时是相同的，只不过从电网吸收的功率一部分转换为轴功率拖动负载运动而更大一部分功率作为转差功率全部消耗在转子回路电阻上，产生热能白白消耗浪费掉。
直流电控的调速原理也属于调压调速，负荷一定电枢电流一定，而电枢电压和电机的转速成正比，和变频电控系统同样的道理节能。
二是变频系统和直流电控系统具有能量回馈功能，可把重物下放时的机械能全部转化为电能回馈到电网，从而达到节能的效果。
2．设备维护成本
高压变频维护成本较高（更换单元），直流电控维护成本低（更换器件）。
四．运行效率及效益
运行效率与效益相辅相成，没有高的运行效率就没有高的运行效益。高压变频由于结构复杂且控制高压而故障率高，因此运行效率相对较低。直流电控基本实现免维护而运行效率较高。
五.安装、调试的工程量
由于高压变频方案系统复杂，在调试过程中难免出现这样或那样的问题，有时甚至需要更换功率单元（这已被实践所证明），因此，调试周期较长。
直流电控系统和低压变频系统相当成熟，调试周期很短。
五．结论
根据以上各指标分析可以看出：
1.高压变频方案缺点是投资成本较高、可靠性略低，建议在大功率情况下选用。
2.直流电控系统优点是投资成本较低、可靠性高，技术相当成熟，建议作为优选之一。
3.低压变频电控系统优点是投资成本较低、可靠性高，技术已成熟且电机维修量小，同样建议作为优选之一。
4.矿方应根据具体条件，综合考虑后选定方案。