摘要：本文介紹了高壓變頻器在沈家灣煤礦提升絞車上的應用情況,對高壓提升變頻調速系統改造過程及效果作了論述。

1原礦山提升機調速系統簡介

沈家灣煤礦隸屬于湖南省煤業集團下轄的耒陽市紅衛煤業公司。沈家灣煤礦原有一臺礦井提升機，提升絞車已有50余年，絞車電機采用串電阻調速方式，絞車機械磨損大，且經常出現故障。因此，礦領導決定對對原絞車系統和電機進行更換。經過多方考察決定，電控系統采用變頻調速技術為核心的控制系統，經過招標方式，選擇了新風光電子有限公司生產的JD-BP37-300T（300kW/6kV）高壓提升機變頻器，對該井絞車進行調速控制，2011年11月利用生產間隙進行改造，風光高壓提升機變頻器一次性成功投入使用，至今運行正常，保障了煤礦安全生產。提升絞車拖動新電機參數如表1所示。

2新風光高壓提升機變頻系統介紹

新風光電子公司是國內最早的從事提升機變頻器研究的專業廠家。產品電壓等級涵蓋從380V到10000V，功率等級幾十千瓦到幾千千瓦。風光提升機變頻器為科技部列入國家火炬計劃項目，風光高壓提升機變頻器填補了單元串聯式多電平高壓變頻器不能四象限運行的國內空白，產品技術處于國內領先水平。國家發展和改革委員會發布的國家重點節能技術推廣目錄中，專門介紹了新風光公司的礦山提升機變頻調速節電技術。

風光高壓提升機變頻器為采用先進的矢量控制技術，可以控制電機在四象限運行，加速時可以實現大轉矩輸出；而減速時，輸出制動轉矩，同時，將勢能轉化為電能，回饋至電網，從而達到節能的目的。礦領導為了考慮留取一定的安全裕量，選用風光JD-BP37-300T（300kW/6kV）高壓提升機變頻器，對絞車進行拖動。高壓提升機變頻器具體參數如表2所示。

風光JD-BP37-300T型高壓提升機變頻器采用進口IGBT為主控器件，采用先進的矢量控制調速技術，以DSP為控制核心，精心巧妙科學的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機對話界面，科學人性化的界面語言，全中文的語言顯示，便于操作及查詢。風光牌高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線式電機，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。

風光6kV高壓提升機變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，移項變壓器有18組付邊繞組，每相分為6個功率單元，三相共18個單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規定。高壓提升變頻器系統結構如圖1所示。功率單元電路如圖2所示。

系統控制器核心由高速32位芯片運算來實現，精心設計的算法可以保證電機達到最優的運行性能。人機界面提供友好的全中文監控和操作界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。PLC控制器用于柜體內開關信號的邏輯處理，以及與現場各種操作信號和狀態信號的協調，增強了系統的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進的單片機等大規模集成電路和表面焊接技術，系統具有極高的可靠性。

圖1高壓提升變頻器系統結構圖

圖2功率單元電路結構

另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統的統一控制器，方便調試、維修、現場培訓，增強了系統的可靠性。

高壓提升變頻器是整個電控系統的一個核心部分，它具有與電控系統相適配的各種接口。它接受操作臺電控系統的操作命令，同時它又將運行狀態，包括工作頻率、電機電流、電源電壓、電流及故障信息隨時送給電控系統。變頻器本身又將工作信號及工作狀態自動記錄以備查閱，依據用戶要求連接打印設備，每班數據打印，形成設備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進行了隔離，避免對變頻器引入干擾。當電機處于負力提升時，變頻器實時檢測進行能量回饋電網。

3風光高壓提升機變頻器的突出特點

風光高壓提升機變頻器除具有普通高壓變頻器的功能外，還針對絞車控制，具有以下突出特點：

（1）電源輸入勵磁涌流限制技術：該技術使得系統在每次上高壓電時的沖擊電流小，對電網的沖擊也很小。

（2）系統斷電自動保護技術：確保任何情況下系統都能安全運行。如果沒有：提升機重載下放過程中，遇到系統停電時，會造成單元損壞甚至整個系統癱瘓。

（3）變頻裝置為直接高-高結構，直接6kV輸入，直接6kV輸出，可以直接安裝使用，不需要對系統進行任何改造。

（4）功率單元自動旁路技術：在提升機運行過程中，意外出現一個或幾個功率單元故障時，系統可以自動將故障單元旁路，系統進入星點偏移控制，保持輸出的線電壓平衡，同時保持最大輸出轉矩、電壓，完成本次提升任務。

（5）獨立的控制電源技術：獨立的控制電源技術，系統在不上高壓電的情況下可以檢測系統各個關鍵點的波形和調試、培訓等，方便用戶自行檢修和維護。

（6）空載低損耗控制技術：變頻系統在待機狀態下，空載損耗小，經實測比通用技術產品要低2～3倍。

（7）采用矢量控制技術，電機可四象限運行，具有不施閘懸停和力矩預置技術。

（8）承諾可以現場進行試驗：1～2個單元故障可以旁路，完成一個提升循環。提升機滿載、全速提升和下放時，電源停電試驗，變頻器確保不損壞。

（9）風光變頻器單元內電解電容因采取了本公司的專利技術（專利號ZL20032017356.2），可將其使用壽命提高一倍。

（10）提升機變頻器具有回饋制動、直流制動、安全制動和動力制動等多項制動方式，保證了絞車可靠運行。

（11）具有完備的與電控系統對接的各個接口，實現與絞車電控系統無縫連接。

4改造過程

改造工程流程如下：先把變頻器安裝到位，進行主回路線路改造，然后進行操作臺的固定安裝，連接操作臺與變頻器之間的連線，調試操作臺與變頻器的信號傳遞，正常后把變頻器和操作臺聯入到原操作系統中統調，帶重載調試這是改造中的重點部分。整個改造工程流程如圖3所示：

圖3改造流程圖

5礦井提升機變頻改造方案

5.1主回路控制方案

主回路接線原理如圖4所示：

圖4主回路圖

圖4中K1、K3為二臺高壓隔離開關，當高壓變頻器檢修時，保證檢修工的人身安全。為了保證安全，變頻器高壓連跳信號和上一級的高壓斷路器也實現互鎖，變頻器高壓連跳串入上一級高壓斷路器的脫扣線圈，變頻器出現故障時，上一級的高壓斷路器斷開，實現高壓故障連跳功能。

5.2變頻器與操作臺接口

變頻器與電控系統連接框圖如圖5所示。

（1）開關量輸入

系統提供五個多速段輸入。

（2）模擬量輸出

系統提供兩路模擬輸出，模擬量輸出設定為4～20mA輸出電流和4～20mA輸出頻率。

（3）與操作臺遠程控制

上提、下放、抱閘（松閘）、安全回路輸入、安全回路輸出（變頻異常）、變頻就緒、變頻運行、變頻報警、故障輸出。

圖5變頻器與電控系統連接框圖

電控給變頻的信號有：①正向使能（上提信號），②反向使能（下放信號），③電控等外圍設備異常急停信號（安全回路信號），④系統工作閘信號，⑤電控給變頻的調速4-20mA模擬信號（或0-5V信號）。

變頻器給電控的信號有：①變頻就緒，②變頻運行，③變頻報警，④變頻器異常（變頻器給電控安全回路信號），⑤電流4-20mA輸出，⑥頻率4-20mA輸出。

5.3變頻啟停操作

啟動過程：

（1）電控根據變頻的就緒信號確定是否啟動（此前絞車的液壓系統應完全準備就緒）；

（2）各種絞車開車條件具備后，電控操作主令開關給變頻正向使能或者反向使能信號，此時變頻開始有輸出，輸出信號為直流信號，讓絞車處于直流制動狀態，電機定子電流達到設定的制動電流；

（3）在制動電流的作用下，大約1秒左右后，電控系統通過控制液壓系統將控制滾筒的液壓閘打開，同時給變頻工作閘打開信號，此時變頻開始升頻率，電機開始進入運轉狀態；

（4）根據現場速度要求，電控控制主令開關給變頻器的速度信號來改變電機的速度和系統的提升速度。

停機過程：

（1）根據速度或停車要求，通過主令開關位置（或自動程序）調節變頻器的運行頻率，使變頻器運行頻率逐漸下降，可以讓主令開關歸零或者低速給定運行；

（2）主令開關歸零位后，變頻器方向使能信號消失，變頻器開始進行降頻運行，然后進入電機制動狀態，電控通過控制液壓系統將控制滾筒液壓閘進行抱閘，同時給變頻工作閘抱閘信號，變頻器停止運行。

6現場應用情況及效果

改造工程利用煤礦生產間歇進行，風光高壓提升機變頻器至今已正常運行4年。提升絞車變頻改造后，實現了電動機的真正軟啟動，縮短了提升時間，減少維護工作量，提高了生產效率。大大提高了提升機的安全運行。高壓提升機變頻器現場運行如圖6所示。

圖6風光高壓提升機變頻器現場運行圖

變頻改造后，提升機絞車運行中主要有如下好處：

（1）實現了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠。

（2）實現了無級平滑調速，可在靜態或動態任意調整電動機轉速，運行平穩，無轉差沖擊。

（3）提升機加減速過程的平穩控制，運行過程纜繩擺幅明顯減小，人員升降舒適性明顯提高。

（4）基本無維護工作量，操作簡單，減低了維護人員和操作人員的工作強度。

（5）系統具有更完善的軟硬件保護環節。

7結束語

風光高壓提升機變頻器不僅適用于新礦井控制，也適用于老礦井電控系統改造。提升機經過變頻改造，不僅提高了提升系統的安全性和可靠性，而且大大減低了維護費用，運行效率高，實現了高轉矩、高精度、寬調速范圍驅動，是交流提升機電控系統發展的方向，應用前景廣闊。