600kW/660V變頻器在煤礦提升機中的應用

　　1引言

　　在礦山企業的生產中，礦井提升機擔負著提煤、運料的繁重任務，在整個生產中占據著比較重要的位置。山東新風光電子科技發展有限公司應煤礦的要求，在研制提升機變頻器方面投入了大量的人力物力。國內最早開發了四象限運行變頻器，并成功應用在煤礦提升絞車設備上，通過不斷地進行技術革新，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，2008年5月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(第一批)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。

　　風光提升機變頻器是基于絞車的運行特點，在普通變頻器基礎上研制的一種專用產品。該類變頻器最顯著的特點是要求四象限運行，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題，這也是該類變頻器的難點。公司的技術人員采用回饋制動、能耗制動技術，成功地解決了這一難題，是國產變頻器中目前把再生能量回送電網為數不多的技術成熟廠家。

　　2用戶情況介紹

　　黑龍江某煤礦用戶絞車提升機電機型號為Y450-8，額定功率450kW，額定電流524A，額定電壓660V，功率因數0.80，轉速740rpm。提升機為單鉤提升，直井。因絞車系統一般都滿負荷運行，而且加速、減速時間要短，對啟動力矩、低頻力矩、加速力矩、制動力矩嚴格要求。因此根據電機的容量、負載的要求，變頻器一般應選擇比同等規格電機功率大些。礦領導經過多方考察、比較，決定采用山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP33-600T型號(600kW/660V)提升機變頻器2套對絞車進行調速控制，同時為防止變頻器故障時耽誤生產，系統采用一用一備的方式，備用變頻器作為當前變頻器的備用，以保證生產的連續性。

　　控制系統由一臺電控柜(由礦方提供)控制整個系統的啟、停、調速及監控;用戶整個提升系統由風光牌提升機變頻器、控制及保護裝置組成。絞車系統的控制信號及保護仍原控制系統提供，變頻器只作為一個調速裝置使用。

　　控制核心為新風光電子公司生產的JD-BP33-600T型礦用提升機變頻器，利用用戶原控制系統與變頻提升系統對絞車進行起、停、加減速及機械抱閘的控制，用變頻器調節頻率，使絞車電機的轉速得到控制。遠控盒顯示其運行頻率和正反轉、速度段等各種信息。

　　3風光JD-BP33-600T提升機變頻器

　　3.1風光JD-BP33-600T提升機變頻器簡要概述

　　風光JD-BP33-600T提升機變頻器采用進口IGBT作為主回路功率器件，由DSP實現全數字化控制，采用矢量控制方式，主回路采用三電平結構。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特殊要求，采用相應措施保證系統的安全運行，并且可以設置參數以滿足提升機在不同工況下運行的需要。

　　風光提升機變頻器具有以下特點：

　　(1)主回路功率單元模塊化設計，維護簡單。

　　(2)采用能量回饋單元、剎車單元處理再生能量，節能效果顯著，可滿足電機四象限運行的要求。

　　(3)具有完備的保護措施：提升機變頻器除具有普通變頻器等一般保護功能外，還提供了外部故障信號輸入、開機聯鎖保護、內置自動減速程序等專用功能。

　　(4)具有良好的轉矩特性：啟動力矩大于2倍的額定轉矩，制動力矩大于額定轉矩。

　　(5)風光提升機變頻器提供完善的輸入輸出接口，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4-20mA工業標準信號。用于系統改造時，增加遠控裝置,就可以實現原系統與變頻的相互轉換，監視系統的操作和運行狀況等功能。

　　3.2風光提升機變頻器JD-BP33-600T主要功能

　　(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，分別對應于變頻器不同的運行頻率,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。

　　4系統方案

　　4.1 提升機變頻器控制原理

　　提升機變頻器是整個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。配合操作臺運行控制，操作臺向變頻器發出“正轉運行”、“反轉運行”和“變頻急停”三路開關量信號，以及五路“給定轉速”信號。變頻器向操作臺發出“變頻器待機”、“變頻器故障”和“安全回路”三路開關量信號，以及用于顯示的模擬量輸出信號。操作臺控制空氣開關分、合閘，分別連入相應的控制回路中。絞車上安裝的軸編碼器向操作臺發出電機轉速及絞車位置信號。操作臺接受絞車司機的操作指令。

　　變頻器執行電控系統的指令，完成啟動、停止及其加減速的動作。當制動手柄與主令手柄推離零位后，經過相應的檔位由可編程控制器發出模擬量信號作為變頻器的速度輸入給定，同時發出“正轉運行”或“反轉運行”指令，變頻器接收到操作臺發出的指令，按照根據絞車速度曲線圖設定好的加速時間進行升速。隨著變頻器輸出頻率由最低升至最高后，提升機進入高速段。當提升容器運行至減速點時，操作臺通過相應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定的爬行速度對應的頻率降速，提升機從高速階段進入減速段運行。當前速度降至爬行速度時，提升機進入到低速段運行，并保持該速度。提升容器運行到卸載位置時，操作臺進行抱閘操作，同時發出“變頻器急停”指令，至此完成一次提升過程。

　　整個提升機系統中設有深度指示失效、限速、過卷、反轉、制動油過壓、閘瓦磨損、松繩、速度監視、制動油超溫、潤滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護功能。系統根據故障性質作出響應，必要時實施緊急制動，確保設備及人員的安全。

　　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。絞車系統采用兩套提升機變頻器，兩套系統互為備用，增加系統運行的可靠性。改造時需要增加變頻器轉換裝置。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位置。具體接法如下:

　　4.2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、絞車電機分別接至相應開關的刀位置。

　　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，兩個系統之間可以實現無縫連接。

　　5現場調試運行情況

　　風光600kW/660V提升機變頻器于2010年12月投入運行，至今工作正常。提升機起動平穩，減少了提升機維護量，增加了提升產量，用戶對改造效果十分滿意。

　　提升機變頻器基本參數設置如表1所示。