摘 要：本文介紹了單溝提升機(jī)變頻器的工作原理，闡述了該類變頻器制作上的難點(diǎn)，指出了回饋制動(dòng)在變頻器制作上的重要意義。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，展示了提升機(jī)變頻器廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：能量回饋 變頻器 回饋制動(dòng) Abstract: This paper introduces the operation principle of the single ditch lifter inverter, explains the inverter made difficult point on, and points out energy returns brake that makes important meaning in the inverter. Passing on the application, it has shown the wide application prospect of inverter of the lifting machine. Key word: Energy returns Inverter Energy returns brake 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)專用變頻器。 礦山提升機(jī)專用變頻器，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)的一種新型專用產(chǎn)品。該類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，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。 [ALIGN=CENTER] 圖　單溝提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖[/ALIGN] 該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程主要分為兩個(gè)過(guò)程： （ 1） 絞車電機(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。回饋逆變部分是整個(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)回饋單元或剎車單元。 這里要注意幾點(diǎn)： （1）剎車界限要調(diào)整適當(dāng)，該電路應(yīng)主要以回饋為主，若剎車過(guò)早，剎車電阻會(huì)長(zhǎng)期工作，造成不必要的能耗浪費(fèi)，剎車電阻也會(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，確保重車不下滑。 當(dāng)重車在井筒中間停車時(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)。 參考文獻(xiàn)： ［1］ 李瑞來(lái) 何洪臣 韓文昭 礦山提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 變頻器世界。 2000 .9 ［2］ 周加勝 礦山提升機(jī)變頻調(diào)速的改造 變頻器世界。 2003 .5 ［3］ 劉學(xué)成 變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)礦山提升機(jī)的改造 變頻器世界。 2004 .5 作者簡(jiǎn)介 周加勝 男 工程師 1990 年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)電機(jī)系工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司從事變頻器的開(kāi)發(fā)、研制工作。