1. 引言

在礦山企業(yè)的生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)擔(dān)負(fù)著提煤、運(yùn)料的繁重任務(wù)，在整個(gè)生產(chǎn)中占據(jù)著比較重要的位置。我們山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司應(yīng)煤礦的要求，在研制提升機(jī)變頻器方面作了相當(dāng)大的努力。通過(guò)不斷的進(jìn)行技術(shù)革新，成功地開(kāi)發(fā)了礦山提升機(jī)專(zhuān)用變頻器。

礦山提升機(jī)專(zhuān)用變頻器，是我公司根據(jù)煤礦機(jī)電設(shè)備的改造要求，結(jié)合提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，在普通變頻器基礎(chǔ)上研制生產(chǎn)的一種新型專(zhuān)用產(chǎn)品。該類(lèi)變頻器最顯著的特點(diǎn)是要求四象限運(yùn)行，能夠正確合理地處理重物下放及急停情況下地能量回饋問(wèn)題，這也是該類(lèi)變頻器地重點(diǎn)及難點(diǎn)。公司的技術(shù)人員根據(jù)這一特點(diǎn)，采用回饋制動(dòng)、能耗制動(dòng)或超級(jí)電容吸收技術(shù)，成功地解決了這一難題，是國(guó)產(chǎn)變頻器中目前能將再生發(fā)電能量回送電網(wǎng)的唯一廠家。該產(chǎn)品自投放市場(chǎng)以后，在無(wú)級(jí)平滑調(diào)速、運(yùn)行平穩(wěn)可靠及節(jié)能方面都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，深受廣大用戶的青瞇與好評(píng)。

單溝提升機(jī)變頻器是在雙溝提升機(jī)變頻器的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)的另一提升機(jī)系列產(chǎn)品之一。單溝提升機(jī)的一個(gè)最顯著的特點(diǎn)就是回饋能量大，在下放過(guò)程中只要離開(kāi)井口，礦車(chē)即拖著電動(dòng)機(jī)靠重力下放，從而超過(guò)同步轉(zhuǎn)速而發(fā)電，因而整個(gè)下放過(guò)程都是處于發(fā)電狀態(tài)，其能量的回饋是相當(dāng)大的，這也是做好單溝提升機(jī)變頻器的難點(diǎn)所在，如何處理好這部分能量，以保證變頻器可靠的工作，是該類(lèi)變頻器的關(guān)鍵。

我公司利用自己在雙溝變頻器中積累的經(jīng)驗(yàn)，采用獨(dú)立的回饋單元，用同步信號(hào) PWM 控制的方式，較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)電的能量回送電網(wǎng)的目的，使變頻器運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，并已有數(shù)十臺(tái)在現(xiàn)場(chǎng)獲得了應(yīng)用。從應(yīng)用效果看，變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能顯著，從而為做好提升機(jī)變頻器提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 。 單溝提升機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

單溝提升機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，較原控制系統(tǒng)優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（ 1）實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停車(chē)，減少了機(jī)械沖擊，使運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠。

（ 2）調(diào)速連續(xù)方便，可分段予置，連續(xù)調(diào)節(jié)。

（ 3）起動(dòng)及加速換擋時(shí)沖擊電流很小，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，簡(jiǎn)化了操作、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（ 4）運(yùn)行速度曲線成S形，使加減速平滑、無(wú)撞擊感。

（ 5）安全保護(hù)功能齊全，除一般的過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、溫升等保護(hù)外，還設(shè)有連鎖保護(hù)、自動(dòng)限速保護(hù)功能等。

（ 6）甩掉了原系統(tǒng)加速用的轉(zhuǎn)子串電阻、交流接觸器及時(shí)間繼電器等，提高了系統(tǒng)的可靠性，操作人員的工作環(huán)境也大為改善。

（ 7）設(shè)有直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)、及回饋制動(dòng)等多種制動(dòng)方式，使安全性更加可靠。

（ 8）該系統(tǒng)四象限運(yùn)行，回饋能量直接回送電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果更加明顯。

3.單溝提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

我們針對(duì)單溝提升機(jī)的運(yùn)行工作特點(diǎn)，按照嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，制造單溝提升機(jī)變頻器，把制動(dòng)電路、回饋電路、濾波器、線路電抗器和 PLC等集成到變頻器中，增強(qiáng)了整機(jī)的可靠性。

單溝提升機(jī)變頻器 為交－直－交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)，原理圖如下圖所示。

圖單溝提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖

該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程主要分為兩個(gè)過(guò)程：

（ 1） 絞車(chē)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)程，即正常的逆變過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成，如上圖1所示。其中正常逆變過(guò)程是其核心部分，它改變電機(jī)定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。

（ 2） 絞車(chē)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的過(guò)程，即能量回饋過(guò)程。該過(guò)程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，如上圖1所示。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。二極管D1和D2為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分。電解電容E2的主要作用是為回饋逆變部分提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運(yùn)行更可靠?；仞伳孀儾糠质钦麄€(gè)回饋過(guò)程的核心部分，該部分實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。因?yàn)榛仞伳孀冚敵龅氖钦{(diào)制波，為保證逆變的正常工作以及減少對(duì)電網(wǎng)的污染，我們加了一個(gè)輸出濾波部分，使該系統(tǒng)的可靠性更加穩(wěn)定。

4．單溝提升機(jī)變頻器的特點(diǎn)

與雙溝提升機(jī)相比，單溝提升機(jī)具有回饋能量大的特點(diǎn)，我們采用獨(dú)立的回饋單元，按重車(chē)滿負(fù)荷下放的最大限度來(lái)選取制動(dòng)模塊和回饋模塊。

當(dāng)電機(jī)發(fā)電母線電壓升高時(shí)，啟動(dòng)回饋單元向電網(wǎng)回饋或啟動(dòng)剎車(chē)單元，將能量泄放掉。由于單溝回饋能量大，為保證器件的安全，可同時(shí)啟動(dòng)回饋單元或剎車(chē)單元。

這里要注意幾點(diǎn)：

（ 1）剎車(chē)界限要調(diào)整適當(dāng)，該電路應(yīng)主要以回饋為主，若剎車(chē)過(guò)早，剎車(chē)電阻會(huì)長(zhǎng)期工作，造成不必要的能耗浪費(fèi)，剎車(chē)電阻也會(huì)因長(zhǎng)期過(guò)熱而損壞，一旦損壞，則后果嚴(yán)重，將造成整個(gè)變頻器工作的不安全。

（ 2）由于回饋輸出的是經(jīng)過(guò)調(diào)制的PWM波形，為了與電網(wǎng)盡量一致，其相位控制相當(dāng)重要，要保證輸出的波形與電網(wǎng)嚴(yán)格同步。另外，必要的LC濾波也是十分重要的，不然，將對(duì)電網(wǎng)造成污染，回饋量越大，其濾波系數(shù)也越大。

（ 3）在回饋控制板上有一個(gè)顯示接口，從此端接入一個(gè)顯示板，可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)電壓和母線電壓，對(duì)安裝調(diào)試比較方便。

5．單溝提升機(jī)變頻器的基本控制要求

（ 1 ）運(yùn)行速度的控制

為了減少運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)械沖擊，在提升機(jī)啟動(dòng)和停止過(guò)程中，做到加速度連續(xù)，因不同的頻率，對(duì)應(yīng)不同的加減速速率，在本裝置的控制中，將不同頻率時(shí)的加減速速率規(guī)劃成一個(gè)表格，運(yùn)行中用查表的方法確定對(duì)應(yīng)頻率時(shí)的加減速速率，使提升機(jī)平滑運(yùn)行，減少機(jī)械沖擊。

（ 2 ）自動(dòng)限速保護(hù)

在運(yùn)行到終點(diǎn)時(shí)，由限速開(kāi)關(guān)給出減速信號(hào)， PLC 檢測(cè)到減速信號(hào)后發(fā)送給控制器，由控制器啟動(dòng)自動(dòng)減速程序，使工作頻率按設(shè)定要求逐步變?yōu)榈退龠\(yùn)行。提升機(jī)帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)給出超速信號(hào)， PLC 檢測(cè)該信號(hào)發(fā)送給控制器，進(jìn)入自動(dòng)減速運(yùn)行。

（ 3〕直流制動(dòng)

主令控制器給出“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”命令后，如果沒(méi)有給出“松閘”信號(hào)，變頻器會(huì)在電機(jī)上施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保松開(kāi)制動(dòng)閘過(guò)程中重車(chē)不下滑。在給 出“松閘”信號(hào)后，變頻器開(kāi)始運(yùn)行。

制動(dòng)油泵啟動(dòng)后，若不小心松開(kāi)制動(dòng)閘觸動(dòng)“松閘”行程開(kāi)關(guān)，變頻器接收到“松閘”信號(hào)，同時(shí)在電機(jī)上施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保重車(chē)不下滑。

當(dāng)重車(chē)在井筒中間停車(chē)時(shí)，變頻器由高速至停機(jī)后，隨之施加直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)械制動(dòng)起作用后，方去掉直流制動(dòng)，使重車(chē)靠機(jī)械抱閘的作用停止。

6 。 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

我們?cè)谛陆敿{斯永安煤業(yè)有限公司及內(nèi)蒙古鄂可托旗烏仁都西煤焦有限公司分別安裝了一臺(tái) 75KW 和 160KW 的單溝提升機(jī)變頻器。 75KW 的是新井安裝， 160KW 的是老井改造，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用看：

（ 1） 75KW 變頻器回饋時(shí)可達(dá)到 40A 左右的電流， 160KW 變頻器回饋時(shí)可達(dá)到 80A 左右。變頻器采用回饋方式，即母線電壓比基準(zhǔn)電壓高出多少即回饋多少。當(dāng)高于 700V 左右時(shí)啟動(dòng)剎車(chē)單元，讓多余的能量在通過(guò)能耗電阻消耗掉，從而保證了主器件的安全。經(jīng)過(guò)檢測(cè)母線電壓，看不到有較大的電壓波動(dòng)。

（ 2 ）回饋波形較好。采用適當(dāng)?shù)?LC 濾波后，用示波器檢測(cè)輸入端的波形，比較接近于正弦波，對(duì)電網(wǎng)基本造成不了污染，濾波效果較好。

（ 3 ）節(jié)能效果顯著。與工頻比較，就 160KW 提升機(jī)而言，原無(wú)功電流與有功電流之和大約在 180A 左右。而變頻運(yùn)行時(shí)，基本上測(cè)不出無(wú)功電流，只有有功電流 80A 左右，單單從電流看即減少了 100A 左右，綜合節(jié)電率可達(dá) 30% 左右。

（ 4 ）減少了投資費(fèi)用。 75KW 提升機(jī)由于是新井，直接選用普通的鼠籠式電機(jī)，采用變頻即可以平滑的進(jìn)行調(diào)速，而不用繞線式電機(jī)即可。鼠籠式電機(jī)比繞線式電機(jī)價(jià)格便宜 1/3 左右。因此降低了用戶的投資費(fèi)用，維護(hù)起來(lái)也比較方便。

（ 5 ）采用變頻調(diào)速后，甩掉了原工頻用的速度段切換交流接觸器及調(diào)速電阻，使工人的操作環(huán)境大為改善，調(diào)速平滑，減輕了對(duì)電網(wǎng)及換擋的沖擊，電流變化平穩(wěn)，這是原工頻狀態(tài)所無(wú)法比擬的。

7 。 結(jié)束語(yǔ)

礦用提升機(jī)采用變頻改造，尤其是單溝提升機(jī)的成功實(shí)踐，為變頻器在起重設(shè)備上的應(yīng)用提供了典范。據(jù)國(guó)內(nèi)資料顯示，在國(guó)產(chǎn)變頻器中，真正使用回饋制動(dòng)的寥寥無(wú)幾。就是變頻器在提升機(jī)上的應(yīng)用也相當(dāng)少，因此大面積的推廣提升機(jī)變頻器，對(duì)變頻器的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)無(wú)疑將會(huì)是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。