摘  要:本文介紹了風(fēng)光600kW/660V提升機(jī)變頻器在黑龍江某煤礦提升機(jī)中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光提升機(jī)變頻器  應(yīng)用  節(jié)能

Abstract:This article describes 600kW/660V elevator inverters of the Fengguang in application of Heilongjiang mine hoist.

Key words: Fengguang elevator inverter  Application   Energy-saving

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。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)變頻器方面投入了大量的人力物力。國(guó)內(nèi)最早開(kāi)發(fā)了四象限運(yùn)行變頻器，并成功應(yīng)用在煤礦提升絞車設(shè)備上，通過(guò)不斷地進(jìn)行技術(shù)革新，產(chǎn)品電壓等級(jí)涵蓋從380V到10000V，功率等級(jí)幾十千瓦到幾千千瓦。風(fēng)光提升機(jī)變頻器為科技部列入國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目，2008年5月國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄（第一批）中，專門介紹了新風(fēng)光公司的礦山提升機(jī)變頻調(diào)速節(jié)電技術(shù)。

風(fēng)光提升機(jī)變頻器是基于絞車的運(yùn)行特點(diǎn)，在普通變頻器基礎(chǔ)上研制的一種專用產(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的再生能量問(wèn)題，這也是該類變頻器的難點(diǎn)。公司的技術(shù)人員采用回饋制動(dòng)、能耗制動(dòng)技術(shù)，成功地解決了這一難題，是國(guó)產(chǎn)變頻器中目前把再生能量回送電網(wǎng)為數(shù)不多的技術(shù)成熟廠家。

2用戶情況介紹

黑龍江某煤礦用戶絞車提升機(jī)電機(jī)型號(hào)為Y450-8，額定功率450kW，額定電流524A，額定電壓660V，功率因數(shù)0.80，轉(zhuǎn)速740rpm。提升機(jī)為單鉤提升，直井。因絞車系統(tǒng)一般都滿負(fù)荷運(yùn)行，而且加速、減速時(shí)間要短，對(duì)啟動(dòng)力矩、低頻力矩、加速力矩、制動(dòng)力矩嚴(yán)格要求。因此根據(jù)電機(jī)的容量、負(fù)載的要求，變頻器一般應(yīng)選擇比同等規(guī)格電機(jī)功率大些。礦領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過(guò)多方考察、比較，決定采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP33-600T型號(hào)（600kW/660V）提升機(jī)變頻器2套對(duì)絞車進(jìn)行調(diào)速控制，同時(shí)為防止變頻器故障時(shí)耽誤生產(chǎn)，系統(tǒng)采用一用一備的方式，備用變頻器作為當(dāng)前變頻器的備用，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

控制系統(tǒng)由一臺(tái)電控柜（由礦方提供）控制整個(gè)系統(tǒng)的啟、停、調(diào)速及監(jiān)控；用戶整個(gè)提升系統(tǒng)由風(fēng)光牌提升機(jī)變頻器、控制及保護(hù)裝置組成。絞車系統(tǒng)的控制信號(hào)及保護(hù)仍原控制系統(tǒng)提供，變頻器只作為一個(gè)調(diào)速裝置使用。

控制核心為新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP33-600T型礦用提升機(jī)變頻器，利用用戶原控制系統(tǒng)與變頻提升系統(tǒng)對(duì)絞車進(jìn)行起、停、加減速及機(jī)械抱閘的控制，用變頻器調(diào)節(jié)頻率，使絞車電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到控制。遠(yuǎn)控盒顯示其運(yùn)行頻率和正反轉(zhuǎn)、速度段等各種信息。

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1變頻器拖動(dòng)礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)框圖

3風(fēng)光JD-BP33-600T提升機(jī)變頻器

3.1風(fēng)光JD-BP33-600T提升機(jī)變頻器簡(jiǎn)要概述

風(fēng)光JD-BP33-600T提升機(jī)變頻器采用進(jìn)口IGBT作為主回路功率器件，由DSP實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制，采用矢量控制方式，主回路采用三電平結(jié)構(gòu)。其控制軟件專門為提升機(jī)類負(fù)載設(shè)計(jì)，充分考慮了提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的特殊要求，采用相應(yīng)措施保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且可以設(shè)置參數(shù)以滿足提升機(jī)在不同工況下運(yùn)行的需要。

風(fēng)光提升機(jī)變頻器具有以下特點(diǎn)：

（1）主回路功率單元模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單。

（2）采用能量回饋單元、剎車單元處理再生能量，節(jié)能效果顯著，可滿足電機(jī)四象限運(yùn)行的要求。

（3）具有完備的保護(hù)措施：提升機(jī)變頻器除具有普通變頻器等一般保護(hù)功能外，還提供了外部故障信號(hào)輸入、開(kāi)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)、內(nèi)置自動(dòng)減速程序等專用功能。

（4）具有良好的轉(zhuǎn)矩特性：?jiǎn)?dòng)力矩大于2倍的額定轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)力矩大于額定轉(zhuǎn)矩。

（5）風(fēng)光提升機(jī)變頻器提供完善的輸入輸出接口，內(nèi)設(shè)PLC，既可以與新裝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配套使用，也可以對(duì)老系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以接受DC 0-5V、DC 0-10V 和4-20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。用于系統(tǒng)改造時(shí)，增加遠(yuǎn)控裝置,就可以實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)與變頻的相互轉(zhuǎn)換，監(jiān)視系統(tǒng)的操作和運(yùn)行狀況等功能。

風(fēng)光提升機(jī)變頻器接口電路如圖2示。

圖2 風(fēng)光提升機(jī)變頻器輸入輸出接口電路

接口電路實(shí)現(xiàn)了變頻器與控制系統(tǒng)的無(wú)縫連接，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(“松閘”、“急停”信號(hào)用于與制動(dòng)閘及制動(dòng)油泵連鎖，“安全回路”及故障輸出信號(hào)用于與系統(tǒng)安全回路實(shí)現(xiàn)連鎖)，各種狀態(tài)指示等各種功能。

3.2風(fēng)光提升機(jī)變頻器JD-BP33-600T主要功能

(1) 回饋制動(dòng)

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(shí)現(xiàn)變頻器的四象限運(yùn)行。

(2) 能耗制動(dòng)

能耗制動(dòng)單元可單獨(dú)使用，也可以與能量回饋單元配合使用。

(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)油泵開(kāi)啟后，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。

(4) 多段速

變頻器內(nèi)部預(yù)置了五個(gè)速度段，分別對(duì)應(yīng)于變頻器不同的運(yùn)行頻率,以適應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求。

各速度段對(duì)應(yīng)頻率可以分別設(shè)置，以滿足各種工況運(yùn)行需要。

(5) 自動(dòng)減速

變頻器接收到系統(tǒng)給出的減速信號(hào)后，啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的減速程序，按照設(shè)定要求將提升機(jī)的運(yùn)行速度逐漸降低。

(6) 緊急停車

變頻器提供了緊急停車信號(hào)輸入端子，急停信號(hào)動(dòng)作后，變頻器立即停止輸出，電機(jī)處于自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后依靠機(jī)械制動(dòng)裝置停車。

4系統(tǒng)方案

4.1 提升機(jī)變頻器控制原理

提升機(jī)變頻器是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。配合操作臺(tái)運(yùn)行控制，操作臺(tái)向變頻器發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”、“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”和“變頻急停”三路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以及五路“給定轉(zhuǎn)速”信號(hào)。變頻器向操作臺(tái)發(fā)出“變頻器待機(jī)”、“變頻器故障”和“安全回路”三路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以及用于顯示的模擬量輸出信號(hào)。操作臺(tái)控制空氣開(kāi)關(guān)分、合閘，分別連入相應(yīng)的控制回路中。絞車上安裝的軸編碼器向操作臺(tái)發(fā)出電機(jī)轉(zhuǎn)速及絞車位置信號(hào)。操作臺(tái)接受絞車司機(jī)的操作指令。

變頻器執(zhí)行電控系統(tǒng)的指令，完成啟動(dòng)、停止及其加減速的動(dòng)作。當(dāng)制動(dòng)手柄與主令手柄推離零位后，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的檔位由可編程控制器發(fā)出模擬量信號(hào)作為變頻器的速度輸入給定，同時(shí)發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”或“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”指令，變頻器接收到操作臺(tái)發(fā)出的指令，按照根據(jù)絞車速度曲線圖設(shè)定好的加速時(shí)間進(jìn)行升速。隨著變頻器輸出頻率由最低升至最高后，提升機(jī)進(jìn)入高速段。當(dāng)提升容器運(yùn)行至減速點(diǎn)時(shí)，操作臺(tái)通過(guò)相應(yīng)檔位輸入給定速度控制變頻器，變頻器逐漸由最高頻率向設(shè)定的爬行速度對(duì)應(yīng)的頻率降速，提升機(jī)從高速階段進(jìn)入減速段運(yùn)行。當(dāng)前速度降至爬行速度時(shí)，提升機(jī)進(jìn)入到低速段運(yùn)行，并保持該速度。提升容器運(yùn)行到卸載位置時(shí)，操作臺(tái)進(jìn)行抱閘操作，同時(shí)發(fā)出“變頻器急停”指令，至此完成一次提升過(guò)程。

整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)中設(shè)有深度指示失效、限速、過(guò)卷、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)油過(guò)壓、閘瓦磨損、松繩、速度監(jiān)視、制動(dòng)油超溫、潤(rùn)滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護(hù)功能。系統(tǒng)根據(jù)故障性質(zhì)作出響應(yīng)，必要時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)，確保設(shè)備及人員的安全。

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(shuō)明正確連接。絞車系統(tǒng)采用兩套提升機(jī)變頻器，兩套系統(tǒng)互為備用，增加系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。改造時(shí)需要增加變頻器轉(zhuǎn)換裝置。系統(tǒng)運(yùn)行前，將主回路和控制回路各轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換至相應(yīng)的變頻位置。具體接法如下:

4.2主回路

增加三個(gè)三刀雙擲開(kāi)關(guān)（QS1、QS2、QS3）作為主回路切換裝置，三相電源、絞車電機(jī)分別接至相應(yīng)開(kāi)關(guān)的刀位置。如圖3所示。

圖3 主回路兩套變頻切換原理圖

所有開(kāi)關(guān)切換至1#變頻位置時(shí)，三相電源經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS1、自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)QA接至1#變頻器輸入端子，1#變頻器輸出端子經(jīng)雙擲開(kāi)關(guān)QS2接至絞車電機(jī)。

同理，所有開(kāi)關(guān)切換至2#變頻位置時(shí)，三相電源經(jīng)開(kāi)關(guān)QS1、QB、QS2將2#變頻器接至絞車電機(jī)。

4.3控制回路

變頻器遠(yuǎn)控裝置用做兩套變頻控制回路的切換裝置。遠(yuǎn)控裝置內(nèi)用七個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)作為正、反轉(zhuǎn)和五段速的切換部件，其原理如圖4所示。

圖4控制回路1#、2#變頻轉(zhuǎn)換原理圖

圖4中，虛線方框內(nèi)表示的是一個(gè)雙刀雙擲開(kāi)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(gè)檔位觸頭。

所有控制開(kāi)關(guān)切換至1#變頻位置時(shí)，1#變頻器控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭接通，相應(yīng)2#變頻器控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭斷開(kāi)，系統(tǒng)處于1#變頻調(diào)速狀態(tài)；同理，所有控制開(kāi)關(guān)切換至2#變頻位置時(shí)，2#變頻控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭接通，相應(yīng)1#變頻器控制線與主令控制器對(duì)應(yīng)觸頭斷開(kāi)，系統(tǒng)處于2#變頻調(diào)速狀態(tài)。

七個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)控裝置上的排列如圖5所示，圖中已經(jīng)標(biāo)出了1#變頻和2#變頻所在位置。

圖5 遠(yuǎn)控裝置切換開(kāi)關(guān)示意圖

遠(yuǎn)控裝置除提供了控制回路2套變頻器轉(zhuǎn)換功能外，還提供了上升、下降、故障、減速以及五段速的指示功能。

圖6 遠(yuǎn)控裝置接線端子示意圖

安裝遠(yuǎn)控裝置時(shí)應(yīng)將操作臺(tái)主令控制器各相關(guān)觸頭兩端控制線接于遠(yuǎn)控裝置相應(yīng)端子(a1，a2)-(i1,i2),再將（Ka1,Ka2）-(Ki1,Ki2)接于主令控制器各相應(yīng)觸頭兩端。說(shuō)明如下：

+24V，COM，急停，松閘，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，一檔-五檔，上升、下降、減速、故障指示分別接變頻器對(duì)應(yīng)控制回路端子。遠(yuǎn)控裝置接線端子示意圖如圖6示：

(Ka1,Ka2)：接1#變頻正轉(zhuǎn)觸頭　　(a1,a2)：接2#變頻正轉(zhuǎn)控制線

(Kb1,Kb2)：接1#變頻反轉(zhuǎn)觸頭　　(b1,b2)：接2#變頻反轉(zhuǎn)控制線

(Kc1,Kc2)：接1#變頻一檔觸頭　　(c1,c2)：接2#變頻一檔控制線

(Kd1,Kd2)：接1#變頻二檔觸頭　　(d1,d2)：接2#變頻二檔控制線

(Ke1,Ke2)：接1#變頻三檔觸頭　　(e1,e2)：接2#變頻三檔控制線

(Kg1,Kg2)：接1#變頻四檔觸頭　　(g1,g2)：接2#變頻四檔控制線

(Ki1,Ki2)：接1#變頻五檔觸頭　　(i1,i2)：接2#變頻五檔控制線

由于變頻器提供了適應(yīng)提升機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的完善的接口，依據(jù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的不同，采用適當(dāng)?shù)慕泳€方式，就可以實(shí)現(xiàn)靈活的操作方式，兩個(gè)系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

5現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行情況

風(fēng)光600kW/660V提升機(jī)變頻器于2010年12月投入運(yùn)行，至今工作正常。提升機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，減少了提升機(jī)維護(hù)量，增加了提升產(chǎn)量，用戶對(duì)改造效果十分滿意。

提升機(jī)變頻器基本參數(shù)設(shè)置如表1所示。

使用變頻提升調(diào)速系統(tǒng)后有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）變頻系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了操作人員的工作環(huán)境及勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）調(diào)速連續(xù)方便，連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。

（3）實(shí)現(xiàn)了低頻低壓的軟起動(dòng)和軟停止，使運(yùn)行更加平穩(wěn)。

（4）啟動(dòng)及加速過(guò)程沖擊電流小，加速過(guò)程中最大電流不超過(guò)1.3倍的額定電流，提升機(jī)在重載下從低速平穩(wěn)無(wú)級(jí)平滑地升至最高速，沒(méi)有大電流出現(xiàn)，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

（5）采用回饋制動(dòng)技術(shù)，成功解決了位能負(fù)載再生發(fā)電能量處理問(wèn)題，保證了變頻器的安全運(yùn)行。

（6）節(jié)能效果顯著。據(jù)實(shí)測(cè)，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)到20%以上。

6結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)光提升機(jī)變頻器為山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司的特色產(chǎn)品?，F(xiàn)在已有數(shù)百臺(tái)提升機(jī)專用變頻器在各大煤礦正常工作，該產(chǎn)品在無(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)。

 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]杜秀紅礦用提升機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)  變頻器世界。2005.10

[3]提升機(jī)用戶手冊(cè)  山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司