引言：

    寧夏回族自治區寧煤集團高閘煤礦主井絞車(chē)，擔負著(zhù)整礦提煤、運料的繁重工作，一旦出現故障，就將影響整礦的生產(chǎn)。因此設備的正常運行起著(zhù)至關(guān)重要的作用。該井為單鉤運行，坡度為45°，坡長(cháng)為300米。原采用280KW/380V繞線(xiàn)電機串電阻調速，用交流接觸器實(shí)現速度段切換。形成了低速降壓?jiǎn)?dòng)、檔位切換加速、全速運行、檔位切換減速、低速降壓停車(chē)的工作過(guò)程。

    但是，在運行中存在明顯的缺點(diǎn)，主要體現在以下幾個(gè)方面：

    1、在料車(chē)空車(chē)下放時(shí)，電機的轉速超過(guò)了同步轉速，電機處于發(fā)電狀態(tài)，由于沒(méi)有處理環(huán)節，大量的無(wú)功能量消耗在轉差電阻上，致使電機能耗增加，不但浪費大量的電能，而且使電機銅損、鐵損增加，增大了電機的維修費用。從現場(chǎng)情況看，下放時(shí)電機電流與提升時(shí)基本相同，都在500A左右，相當于電機的額定電流，而空載時(shí)電機電流大約應在額定電流的60%左右，從這點(diǎn)看，應有30%左右的無(wú)功能量消耗，使用電量增加。

    2、原控制系統采用繞線(xiàn)電機轉子串電阻的方式進(jìn)行調速，存在以下缺點(diǎn)：

    (1)大量的電能消耗在轉差電阻上，造成了嚴重的能源浪費，同時(shí)電阻器的安裝需要占用很大的空間。

    (2)控制系統復雜，導致系統的故障率高，接觸器、電阻器、繞線(xiàn)電機碳刷容易損壞，維護工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。

    (3)低速和爬行階段需要依靠制動(dòng)閘皮摩擦滾筒實(shí)現速度控制，特別是在負載發(fā)生變化時(shí)，很難實(shí)現恒減速控制，導致調速不連續、速度控制性能較差。

    (4)啟動(dòng)和換檔沖擊電流大，造成了很大的機械沖擊，導致電機的使用壽命大大降低，而且極容易出現“掉道”現象。
 
    (5)自動(dòng)化程度不高，增加了開(kāi)采成本，影響了產(chǎn)量。

    (6)低電壓和低速段的啟動(dòng)力矩小，機械特性比較軟，帶負載能力差，無(wú)法實(shí)現恒轉矩提升。

    針對以上這些問(wèn)題，煤礦決定對原系統進(jìn)行改造。根據當今科技的發(fā)展，采用技術(shù)含量較高的變頻調速，替代原來(lái)的繞線(xiàn)電機串電阻調速，是較理想的方案。變頻調速實(shí)現了電機的軟啟動(dòng)、軟停車(chē)，連續平滑調速，特別是帶能量回饋的四象限運行變頻器，可以將電機在發(fā)電狀態(tài)下的再生電能回送電網(wǎng)，降低了無(wú)功能耗，可節約大量的電能。

    一、變頻控制方案

    1.變頻控制的特點(diǎn)

    (1)變頻系統甩掉了原電控調速用的交流接觸器及調速電阻，提高了系統的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境。
 
    (2)實(shí)現了低頻低壓的軟起動(dòng)和軟停止，使運行更加平穩，機械沖擊小。

    (3)啟動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，加速過(guò)程中最大啟動(dòng)電流不超過(guò)1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩無(wú)級平滑地升至最高速，也沒(méi)有大電流出現，大大地減小了對電網(wǎng)的沖擊。

    (4)增加了直流制動(dòng)功能，使重車(chē)停車(chē)時(shí)更加平穩。

    (5)轉矩補償達到規范要求，重車(chē)啟動(dòng)正常。

    (6)節能效果顯著(zhù)。據實(shí)測，在低速段節能明顯，一般可達到20%左右。采用回饋制動(dòng)，節能效果越明顯。

    (7)采用變頻控制后，原繞線(xiàn)式電機轉子短接，在電機維護方面，避免了轉子炭刷的燒損及維護。

    (8)采用芯片統一控制和 PLC 外端電路接口相結合，使調速系統具有很高的可靠性，增加了系統的抗干擾能力，同時(shí)利用 PLC 強大的控制功能實(shí)現靈活的控制方式。

    (9)機內帶有回饋單元，回饋能量可直接輸給電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，適應范圍廣，節能效果明顯，系統可以實(shí)現四象限運行。

    (10)安全保護功能齊全，除了過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、過(guò)熱、短路等自身保護外，還設有外圍控制的連鎖保護，包括制動(dòng)閘信號與正、反轉信號的連鎖，變頻器故障信號與系統安全回路的連鎖，機內備有自動(dòng)減速程序等。
 
    2 .方案的確定

    設計時(shí)，因絞車(chē)系統一般都滿(mǎn)負荷運行，而且要求起動(dòng)力矩大，因此根據電機的容量（380/280KW），負載的要求，變頻器一般應大出一個(gè)規格，因此采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD—BP32—315T型號（315KW/380V）的具有四象限運行的提升機專(zhuān)用變頻器，為防止變頻器故障時(shí)耽誤生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的連續性，采用原系統與變頻器共存的方式，原系統作為變頻器的備用，在變頻器故障或檢修時(shí)投入生產(chǎn)，以保證生產(chǎn)的連續性，不耽誤生產(chǎn)。

    3.系統的組成

    控制系統由一臺電控柜（由礦方提供）控制整個(gè)系統的啟、停；380V/315KW的礦用提升機變頻器及遠距離控制裝置組成。系統的控制信號及保護裝置仍采用原控制系統，機械抱閘等仍采用，變頻器只作為一個(gè)調速裝置使用。

    4.控制原理

    控制核心為山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP32-315T型礦用提升機專(zhuān)用變頻器，利用其原控制系統與變頻提升機系統對接對絞車(chē)進(jìn)行起、停、加減速及機械抱閘系統的控制，同時(shí)用變頻器調節頻率，使絞車(chē)電機的轉速得到控制。遠控盒顯示其運行頻率和正反轉、速度段等信息。

    5、系統組成如圖1所示。
 
    二．變頻調速的原理

    主回路工作過(guò)程：三相交流電經(jīng)整流濾波成直流電為逆變提供電源，逆變的功能是將整流后的直流電轉化為調頻調壓的交流電去驅動(dòng)電機，電能轉換機械能，實(shí)現提升；當電機有高速減速或單鉤絞車(chē)下放時(shí)，負載由于存在慣性，電機的實(shí)際轉速會(huì )超過(guò)它的同步轉速，機械能轉化為電能，電機變成發(fā)電機，放出的交流電經(jīng)逆變部分的續流二極管整流使母線(xiàn)電壓升高，直接危及功率器件，必須把這部分能量釋放掉，于是我們做了回饋和剎車(chē)單元對這部分能量進(jìn)行處理，一部分送往電網(wǎng)，一部分通過(guò)電阻消耗掉。

    2．控制回路

    采用芯片統一控制和 PLC 外端電路接口相結合，使調速系統具有很高的可靠性，同時(shí)利用 PLC 強大的控制能力實(shí)現靈活的控制方式和電氣隔離。

    3．接口電路 

    輸入：故障輸入、自動(dòng)減速、正轉、反轉、松閘信號、母線(xiàn)過(guò)壓1、內部保護、母線(xiàn)過(guò)壓2、五個(gè)檔位、急停、模擬輸入+A 、+B

    輸出：

    （1）.去微機板的信號 : 地、正/反、松閘、運行、急停、外控電壓輸入

    （2）指示信號 : 故障指示、上升指示、下降指示、減速指示、檔位指示

    4．回饋能量的處理

    作為提升類(lèi)變頻器，最根本的問(wèn)題是對回饋能量的處理。由于負載在下放重物、快速減速及急停時(shí)，會(huì )有較大的能量回送給變頻器。因此本變頻器系統采用了能耗制動(dòng)、回饋制動(dòng)技術(shù)，有效地解決了此類(lèi)問(wèn)題。尤其是回饋制動(dòng)，將能量直接回送電網(wǎng)，不但保證了設備的安全運行，而且節約了電能，使再生能量回收利用。

    5．變頻器為典型的交-直-交電壓源型變頻器，其功率模塊為進(jìn)口的西門(mén)子新型IGBT器件，采用16位全數字單片機控制技術(shù)，可以實(shí)現交流電動(dòng)機大范圍內的無(wú)級平滑調速，在運行過(guò)程中能隨時(shí)檢測電動(dòng)機的負載情況，自動(dòng)調整功率輸出，使電動(dòng)機始終運行在最佳狀態(tài)，節能效果明顯。
 
    三、應用效果

    1. 變頻器礦車(chē)下放運行時(shí)，采用回饋制動(dòng)，其再生能量能回收利用，節能顯著(zhù)，據測算，變頻運行時(shí)電流在220A,與原來(lái)相比，減少了一半。這一方面是變頻器提高了功率因數，一般可提高到0.95以上，降低了無(wú)功損耗，使電流指示減少；另一方面有一部分回饋電網(wǎng)，回饋電流大約在200A，也降低了運行電流。

    2. 采用變頻控制后，由于設置直流制動(dòng)，在運行時(shí)油閘全敞開(kāi)，減輕了原工頻控制下的磨損，油閘只是作為一種輔助設施，在電機停穩后或在急停時(shí)快速抱閘用，據測算，該項損耗大大降低，每年也可節省2—3萬(wàn)元。

    3. 原工頻控制采用交流接觸器進(jìn)行速度段切換，用調速電阻調速，而變頻控制則將其全部甩掉，也增加了可靠性，降低設  備維護費用。

    綜上所述，其綜合經(jīng)濟效益是十分明顯的，從節能及生產(chǎn)的可靠性而言，其節約的費用約在30%左右。

    四、結論

    煤礦提升機應用變頻控制，是山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司變頻器開(kāi)發(fā)方面的一大特色。其產(chǎn)品已在山東、山西、河南、河北、四川、貴州、云南、寧夏、內蒙等全國的很多省份的煤礦得到了廣泛的應用。在操作方便、運行可靠、改善工人的勞動(dòng)環(huán)境、節電顯著(zhù)等方面都體現出明顯的優(yōu)勢。特別是近幾年產(chǎn)品的優(yōu)化升級，一些新技術(shù)（包括PLC）的應用，使其可靠性應用得到極大的提高。提升機變頻器實(shí)現了四象限運行、電能的回饋等新技術(shù)，其應用前景將會(huì )是很廣闊的。

    參考文獻：
 
    1、   杜秀虹 《礦山提升機變頻調速系統》2005.10

    2、   李瑞來(lái) 何洪臣 韓文昭 《礦山提升機變頻調速系統》2000.9