摘要 ：采用變頻調速系統可以克服傳統提升機調速系統存在的諸多缺點，本文以風光提升機專用變頻器為例對該系統作了全面介紹。 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. 關鍵詞 ：礦用提升機、提升機專用變頻器、能量回饋、調速系統 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普遍采用繞線電機轉子串電阻的方式進行調速，該系統存在以下缺點： （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、繞線電機碳刷容易損壞，維護工作量很大，直接影響了生產效率。 （3）低速和爬行階段需要依靠制動閘皮摩擦滾筒實現速度控制，特別是在負載發生變化時，很難實現恒減速控制，導致調速不連續、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）自動化程度不高，增加了開采成本，影響了產量。 （6）低電壓和低速段的啟動力矩小，帶負載能力差，無法實現恒轉矩提升。 采用變頻調速系統可以很好地克服上述缺點，本文以風光牌提升機變頻器為例，詳細介紹變頻調速系統在礦用提升機上應用的系統方案。 二、采用變頻調速系統的優點 （1）在電網波動± 20% 范圍內，恒轉矩提升，不會因為電網波動影響負載提升情況。 （2）實現了電機軟啟動，啟動力矩大，帶負載能力強。 （3） 電機可以實現無級調速，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，同時利用 PLC 強大的控制能力實現靈活的控制方式。 （5）機內帶有回饋單元，回饋能量直接輸給電網，且不受回饋能量大小的限制，適應范圍廣，節能效果明顯，系統可以實現四象限運行。 （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，還設有外圍控制的連鎖保護，包括制動閘信號與正、反轉信號的連鎖，變頻器故障信號與系統安全回路的連鎖，機內備有自動減速程序等。 三、接口電路 變頻器提供完善的接口電路，內設 PLC ，既可以與新裝系統實現配套使用，也可以對老系統進行改造，可以接受 DC 0-5V 、 DC 0-10V 和 4-20 mA工業標準信號。用于系統改造時，增加遠控裝置就可以實現工頻與變頻的相互轉換，監視系統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] 接口電路實現了變頻器與控制系統的連接，包括正、反轉控制，速度調節 （ 可以采用檔位調節方式，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安全回路實現連鎖 ） ，各種狀態指示等各種功能。 四、主回路結構 [ALIGN=CENTER] （a） （b） 圖 2 低壓系列主回路結構 圖 3 高壓 6-10KV 多重化單元結構[/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，從而實現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”或“反轉”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，變頻器接收到“松閘”信號，同時在電機上施加直流制動轉矩，確保重車不下滑。 當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矩使電機停止轉動，當機械制動起作用后，方去掉直流制動，使重車靠機械抱閘的作用停止。 （4） 多段速 變頻器內部預置了五個速度段，分別對應于變頻器運行頻率 6Hz、15Hz、25Hz、35Hz、50Hz,以適應控制系統對提升機不同運轉速度的要求。 各速度段對應頻率可以分別設置，以滿足各種工況運行需要。 （5） 自動減速 變頻器接收到系統給出的減速信號后，啟動機內的減速程序，按照設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，電機處于自由運轉狀態，然后依靠機械制動裝置停車。 六、系統方案 （1） 配套用變頻器系統方案 a 主回路 三相交流電源經自動空氣開關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 電控系統與變頻器配套使用，系統已經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） 改造用變頻器系統方案 改造用變頻器是在原提升機電控系統的基礎上，用變頻調速系統替代原工頻調速系統，同時保留工頻調速系統，使兩套系統互為備用，增加系統運行的可靠性。改造時需要增加工、變頻轉換功能。系統運行前，將主回路和控制回路各轉換開關切換至相應的變頻或工頻位置。具體接法如下。 a 主回路 增加三個三刀雙擲開關（ QS1、QS2、QS3）作為主回路切換裝置，三相電源、定子線圈、轉子線圈分別接至相應開關的刀位置。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] 所有開關切換至變頻位置時，三相電源經雙擲開關 QS1、自動空氣開關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）經雙擲開關QS2接至電機定子線圈，繞線電機轉子線圈經雙擲開關QS3后處于短接狀態。 所有開關切換至工頻位置時，三相電源經雙擲開關 QS1、QS2接至定子線圈，繞線電機轉子線圈經QS3接至原調速電阻裝置。 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。遠控裝置內用七個雙刀雙擲開關作為正、反轉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、變頻轉換原理圖[/ALIGN] 圖 6 中，虛線方框內表示的是一個雙刀雙擲開關，LK3、LK4分別表示主令控制器的正轉和反轉觸頭，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提升機現場應用的完善的接口，依據提升機控制系統的不同，采用適當的接線方式，就可以實現靈活的操作方式。 對于舊系統改造用變頻器，為了不改變原來的操作習慣，可以用原來的操縱系統操作變頻器，用遠控裝置切換工頻與變頻運行方式，兩個系統之間可以實現無縫連接。 變頻調速系統可以實現自動運行和手動運行兩種方式： （1） 自動運行方式 利用機內 PLC 強大的控制能力，通過設置適當的參數，變頻器就可以實現自動化運行，極大地提高了提升機的運行效率。 [ALIGN=CENTER] （a） 正轉時運行速度曲線 （b） 反轉時運行速度曲線 圖 7 自動運行方式[/ALIGN] 圖 7 中，以正轉為例，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 根據現場情況可以自由設置。提升機運行過程中，除開、停機外，可以不需要人工干預。 （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速，以實現電機的爬行、加速、減速、恒速運行，但在系統給出減速信號后，為保證整個系統安全，變頻器仍然會啟動機內自動減速程序。 八、現場應用情況 我公司從 2000 年開始研制提升機專用變頻器，從 2002 年至今，我公司的產品發往山西、內蒙、新疆、河南、河北、四川、黑龍江等地數十臺。其中，既有新裝系統配套用，又有老系統改造用，包括單筒、雙筒，直井、斜井等各種工況。從使用情況來看，節電率均在 30% 以上。提升機變頻調速系統具有很高的可靠性，而且操作簡單，利用機內 PLC 接口可以輕易地實現各種控制功能，大大提高提升機運行的自動化程度。 九、結束語 提升機專用變頻器由于其控制軟件專門為提升機類負載設計，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的安全運行，又因為它具有傳統調速系統所無可比擬的調速和控制性能，其取代傳統調速系統將成為必然趨勢。 參考文獻：［1］ 李瑞來 何洪臣 韓文昭 礦山提升機變頻調速系統 變頻器世界。 2000 .9 作者簡介：杜秀虹，女，工程師， 1968 年 10 月生， 1990 年畢業于山東工業大學電氣自動化專業，現任山東新風光電子科技發展有限公司技術部 （ 提升機部 ） 部門主管。