摘要 ：采用變頻調(diào)速系統(tǒng)可以克服傳統(tǒng)提升機調(diào)速系統(tǒng)存在的諸多缺點，本文以風(fēng)光提升機專用變頻器為例對該系統(tǒng)作了全面介紹。 Abstract: Using variable frequency speed regulation system can overcome many disadvantages existing in the traditional speed regulation system, this paper makes the overall introduction to this system taking Fengguang mining hoist special Inverter as an example. 關(guān)鍵詞 ：礦用提升機、提升機專用變頻器、能量回饋、調(diào)速系統(tǒng) Key words: mining hoist mining hoist special inverter energy feedback speed regulation system 一、引言 目前礦用提升機控制系統(tǒng)普遍采用繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻的方式進行調(diào)速，該系統(tǒng)存在以下缺點： （1）大量的電能消耗在轉(zhuǎn)差電阻上，造成了嚴(yán)重的能源浪費，同時電阻器的安裝需要占用很大的空間。 （2）控制系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機碳刷容易損壞，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閘皮摩擦滾筒實現(xiàn)速度控制，特別是在負(fù)載發(fā)生變化時，很難實現(xiàn)恒減速控制，導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。 （4）啟動和換檔沖擊電流大，造成了很大的機械沖擊，導(dǎo)致電機的使用壽命大大降低，而且極容易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。 （5）自動化程度不高，增加了開采成本，影響了產(chǎn)量。 （6）低電壓和低速段的啟動力矩小，帶負(fù)載能力差，無法實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩提升。 采用變頻調(diào)速系統(tǒng)可以很好地克服上述缺點，本文以風(fēng)光牌提升機變頻器為例，詳細(xì)介紹變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦用提升機上應(yīng)用的系統(tǒng)方案。 二、采用變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點 （1）在電網(wǎng)波動± 20% 范圍內(nèi)，恒轉(zhuǎn)矩提升，不會因為電網(wǎng)波動影響負(fù)載提升情況。 （2）實現(xiàn)了電機軟啟動，啟動力矩大，帶負(fù)載能力強。 （3） 電機可以實現(xiàn)無級調(diào)速，加、減速過程很平滑，電流沖擊小，大大減輕了機械沖擊的強度。 （4）采用芯片統(tǒng)一控制和 PLC 外端電路接口相結(jié)合，使調(diào)速系統(tǒng)具有很高的可靠性，同時利用 PLC 強大的控制能力實現(xiàn)靈活的控制方式。 （5）機內(nèi)帶有回饋單元，回饋能量直接輸給電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果明顯，系統(tǒng)可以實現(xiàn)四象限運行。 （6）安全保護功能齊全，除了過壓、欠壓、過載、過熱、短路等自身保護外，還設(shè)有外圍控制的連鎖保護，包括制動閘信號與正、反轉(zhuǎn)信號的連鎖，變頻器故障信號與系統(tǒng)安全回路的連鎖，機內(nèi)備有自動減速程序等。 三、接口電路 變頻器提供完善的接口電路，內(nèi)設(shè) PLC ，既可以與新裝系統(tǒng)實現(xiàn)配套使用，也可以對老系統(tǒng)進行改造，可以接受 DC 0-5V 、 DC 0-10V 和 4-20 mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。用于系統(tǒng)改造時，增加遠控裝置就可以實現(xiàn)工頻與變頻的相互轉(zhuǎn)換，監(jiān)視系統(tǒng)的操作和運行狀況等功能。 [ALIGN=CENTER] 圖 1 提升機專用變頻器接口電路[/ALIGN] 接口電路實現(xiàn)了變頻器與控制系統(tǒng)的連接，包括正、反轉(zhuǎn)控制，速度調(diào)節(jié) （ 可以采用檔位調(diào)節(jié)方式，也可以采用模擬量輸入方式 ） ，與外部電路的連鎖功能 （ “松閘”、“急停”信號用于與制動閘及制動油泵連鎖，“安全回路”及故障輸出信號用于與系統(tǒng)安全回路實現(xiàn)連鎖 ） ，各種狀態(tài)指示等各種功能。 四、主回路結(jié)構(gòu) [ALIGN=CENTER] （a） （b） 圖 2 低壓系列主回路結(jié)構(gòu) 圖 3 高壓 6-10KV 多重化單元結(jié)構(gòu)[/ALIGN] 五、提升機變頻器主要功能簡述 （1） 回饋制動 變頻器采用能量回饋單元將再生能量回饋給電網(wǎng)，從而實現(xiàn)變頻器的四象限運行。 （2） 能耗制動 能耗制動單元可單獨使用，也可以與能量回饋單元配合使用。 （3） 直流制動 主令控制器給出“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”命令后，如果沒有給出“松閘”信號，變頻器會在電機上施加直流制動轉(zhuǎn)矩，確保松開制動閘過程中重車不下滑。在給出“松閘”信號后，變頻器開始運行。 制動油泵開啟后，若不小心松開制動閘觸動“松閘”行程開關(guān)，變頻器接收到“松閘”信號，同時在電機上施加直流制動轉(zhuǎn)矩，確保重車不下滑。 當(dāng)重車在井筒中間停車時，變頻器由高速至停機后，隨之施加直流制動轉(zhuǎn)矩使電機停止轉(zhuǎn)動，當(dāng)機械制動起作用后，方去掉直流制動，使重車靠機械抱閘的作用停止。 （4） 多段速 變頻器內(nèi)部預(yù)置了五個速度段，分別對應(yīng)于變頻器運行頻率 6Hz、15Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以適應(yīng)控制系統(tǒng)對提升機不同運轉(zhuǎn)速度的要求。 各速度段對應(yīng)頻率可以分別設(shè)置，以滿足各種工況運行需要。 （5） 自動減速 變頻器接收到系統(tǒng)給出的減速信號后，啟動機內(nèi)的減速程序，按照設(shè)定要求將提升機的運行速度逐漸降低。 （6） 緊急停車 變頻器提供了緊急停車信號輸入端子，急停信號動作后，變頻器立即停止輸出，電機處于自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后依靠機械制動裝置停車。 六、系統(tǒng)方案 （1） 配套用變頻器系統(tǒng)方案 a 主回路 三相交流電源經(jīng)自動空氣開關(guān)接至變頻器三相輸入端子，變頻器三相輸出端子接至電機。如圖 4所示。 [ALIGN=CENTER] 圖 4 配套用變頻器主回路接線示意圖[/ALIGN] b 控制回路 電控系統(tǒng)與變頻器配套使用，系統(tǒng)已經(jīng)提供了與變頻器的接口，可按照各自的接線說明正確連接。 （2） 改造用變頻器系統(tǒng)方案 改造用變頻器是在原提升機電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用變頻調(diào)速系統(tǒng)替代原工頻調(diào)速系統(tǒng)，同時保留工頻調(diào)速系統(tǒng)，使兩套系統(tǒng)互為備用，增加系統(tǒng)運行的可靠性。改造時需要增加工、變頻轉(zhuǎn)換功能。系統(tǒng)運行前，將主回路和控制回路各轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至相應(yīng)的變頻或工頻位置。具體接法如下。 a 主回路 增加三個三刀雙擲開關(guān)（ QS1、QS2、QS3）作為主回路切換裝置，三相電源、定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈分別接至相應(yīng)開關(guān)的刀位置。如圖5 （a）、（b）所示。 [ALIGN=CENTER] （a） （b） 圖 5 主回路工、變頻切換原理圖[/ALIGN] 所有開關(guān)切換至變頻位置時，三相電源經(jīng)雙擲開關(guān) QS1、自動空氣開關(guān)QA接至變頻器輸入端子（R、S、T）（同時將零線接至變頻器零線端子N），變頻器輸出端子（U、V、W）經(jīng)雙擲開關(guān)QS2接至電機定子線圈，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開關(guān)QS3后處于短接狀態(tài)。 所有開關(guān)切換至工頻位置時，三相電源經(jīng)雙擲開關(guān) QS1、QS2接至定子線圈，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)QS3接至原調(diào)速電阻裝置。 b 控制回路 變頻器遠控裝置用做工、變頻控制回路的切換裝置。遠控裝置內(nèi)用七個雙刀雙擲開關(guān)作為正、反轉(zhuǎn)和五段速的切換部件，其原理如圖 6 所示。 [ALIGN=CENTER] 圖 6 控制回路工、變頻轉(zhuǎn)換原理圖[/ALIGN] 圖 6 中，虛線方框內(nèi)表示的是一個雙刀雙擲開關(guān)，LK3、LK4分別表示主令控制器的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)觸頭，LK5、LK6、LK7、LK9、LK11分別表示主令控制器的五個檔位觸頭。 七、操作與控制 由于變頻器提供了適應(yīng)提升機現(xiàn)場應(yīng)用的完善的接口，依據(jù)提升機控制系統(tǒng)的不同，采用適當(dāng)?shù)慕泳€方式，就可以實現(xiàn)靈活的操作方式。 對于舊系統(tǒng)改造用變頻器，為了不改變原來的操作習(xí)慣，可以用原來的操縱系統(tǒng)操作變頻器，用遠控裝置切換工頻與變頻運行方式，兩個系統(tǒng)之間可以實現(xiàn)無縫連接。 變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動運行和手動運行兩種方式： （1） 自動運行方式 利用機內(nèi) PLC 強大的控制能力，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，變頻器就可以實現(xiàn)自動化運行，極大地提高了提升機的運行效率。 [ALIGN=CENTER] （a） 正轉(zhuǎn)時運行速度曲線 （b） 反轉(zhuǎn)時運行速度曲線 圖 7 自動運行方式[/ALIGN] 圖 7 中，以正轉(zhuǎn)為例，開機時低速爬行時間 t1 、減速信號動作后延時 t2 、中速運行時間 t3 、停機前爬行時間 t4 根據(jù)現(xiàn)場情況可以自由設(shè)置。提升機運行過程中，除開、停機外，可以不需要人工干預(yù)。 （2） 手動運行方式 該方式下，操作者通過主今控制器控制電機轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)電機的爬行、加速、減速、恒速運行，但在系統(tǒng)給出減速信號后，為保證整個系統(tǒng)安全，變頻器仍然會啟動機內(nèi)自動減速程序。 八、現(xiàn)場應(yīng)用情況 我公司從 2000 年開始研制提升機專用變頻器，從 2002 年至今，我公司的產(chǎn)品發(fā)往山西、內(nèi)蒙、新疆、河南、河北、四川、黑龍江等地數(shù)十臺。其中，既有新裝系統(tǒng)配套用，又有老系統(tǒng)改造用，包括單筒、雙筒，直井、斜井等各種工況。從使用情況來看，節(jié)電率均在 30% 以上。提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)具有很高的可靠性，而且操作簡單，利用機內(nèi) PLC 接口可以輕易地實現(xiàn)各種控制功能，大大提高提升機運行的自動化程度。 九、結(jié)束語 提升機專用變頻器由于其控制軟件專門為提升機類負(fù)載設(shè)計，充分考慮了提升機實際運行中的各種特殊要求，采用各種措施保證系統(tǒng)的安全運行，又因為它具有傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)所無可比擬的調(diào)速和控制性能，其取代傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)將成為必然趨勢。 參考文獻：［1］ 李瑞來 何洪臣 韓文昭 礦山提升機變頻調(diào)速系統(tǒng) 變頻器世界。 2000 .9 作者簡介：杜秀虹，女，工程師， 1968 年 10 月生， 1990 年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)任山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司技術(shù)部 （ 提升機部 ） 部門主管。