600kW/660V变频器在煤矿提升机中的应用

　　1引言

　　在矿山企业的生产中，矿井提升机担负着提煤、运料的繁重任务，在整个生产中占据着比较重要的位置。山东新风光电子科技发展有限公司应煤矿的要求，在研制提升机变频器方面投入了大量的人力物力。国内最早开发了四象限运行变频器，并成功应用在煤矿提升绞车设备上，通过不断地进行技术革新，产品电压等级涵盖从380V到10000V，功率等级几十千瓦到几千千瓦。风光提升机变频器为科技部列入国家火炬计划项目，2008年5月国家发展和改革委员会发布的国家重点节能技术推广目录(第一批)中，专门介绍了新风光公司的矿山提升机变频调速节电技术。

　　风光提升机变频器是基于绞车的运行特点，在普通变频器基础上研制的一种专用产品。该类变频器最显著的特点是要求四象限运行，能够正确合理地处理重物下放及急停情况下的再生能量问题，这也是该类变频器的难点。公司的技术人员采用回馈制动、能耗制动技术，成功地解决了这一难题，是国产变频器中目前把再生能量回送电网为数不多的技术成熟厂家。

　　2用户情况介绍

　　黑龙江某煤矿用户绞车提升机电机型号为Y450-8，额定功率450kW，额定电流524A，额定电压660V，功率因数0.80，转速740rpm。提升机为单钩提升，直井。因绞车系统一般都满负荷运行，而且加速、减速时间要短，对启动力矩、低频力矩、加速力矩、制动力矩严格要求。因此根据电机的容量、负载的要求，变频器一般应选择比同等规格电机功率大些。矿领导经过多方考察、比较，决定采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP33-600T型号(600kW/660V)提升机变频器2套对绞车进行调速控制，同时为防止变频器故障时耽误生产，系统采用一用一备的方式，备用变频器作为当前变频器的备用，以保证生产的连续性。

　　控制系统由一台电控柜(由矿方提供)控制整个系统的启、停、调速及监控;用户整个提升系统由风光牌提升机变频器、控制及保护装置组成。绞车系统的控制信号及保护仍原控制系统提供，变频器只作为一个调速装置使用。

　　控制核心为新风光电子公司生产的JD-BP33-600T型矿用提升机变频器，利用用户原控制系统与变频提升系统对绞车进行起、停、加减速及机械抱闸的控制，用变频器调节频率，使绞车电机的转速得到控制。远控盒显示其运行频率和正反转、速度段等各种信息。

　　3风光JD-BP33-600T提升机变频器

　　3.1风光JD-BP33-600T提升机变频器简要概述

　　风光JD-BP33-600T提升机变频器采用进口IGBT作为主回路功率器件，由DSP实现全数字化控制，采用矢量控制方式，主回路采用三电平结构。其控制软件专门为提升机类负载设计，充分考虑了提升机实际运行中的特殊要求，采用相应措施保证系统的安全运行，并且可以设置参数以满足提升机在不同工况下运行的需要。

　　风光提升机变频器具有以下特点：

　　(1)主回路功率单元模块化设计，维护简单。

　　(2)采用能量回馈单元、刹车单元处理再生能量，节能效果显著，可满足电机四象限运行的要求。

　　(3)具有完备的保护措施：提升机变频器除具有普通变频器等一般保护功能外，还提供了外部故障信号输入、开机联锁保护、内置自动减速程序等专用功能。

　　(4)具有良好的转矩特性：启动力矩大于2倍的额定转矩，制动力矩大于额定转矩。

　　(5)风光提升机变频器提供完善的输入输出接口，内设PLC，既可以与新装系统实现配套使用，也可以对老系统进行改造，可以接受DC 0-5V、DC 0-10V 和4-20mA工业标准信号。用于系统改造时，增加远控装置,就可以实现原系统与变频的相互转换，监视系统的操作和运行状况等功能。

　　3.2风光提升机变频器JD-BP33-600T主要功能

　　(1) 回馈制动

　　变频器采用能量回馈单元将再生能量回馈给电网，从而实现变频器的四象限运行。

　　(2) 能耗制动

　　能耗制动单元可单独使用，也可以与能量回馈单元配合使用。

　　(3) 直流制动

　　主令控制器给出“正转”或“反转”命令后，如果没有给出“松闸”信号，变频器会在电机上施加直流制动转矩，确保松开制动闸过程中重车不下滑。在给出“松闸”信号后，变频器开始运行。

　　制动油泵开启后，若不小心松开制动闸触动“松闸”行程开关，变频器接收到“松闸”信号，同时在电机上施加直流制动转矩，确保重车不下滑。

　　当重车在井筒中间停车时，变频器由高速至停机后，随之施加直流制动转矩使电机停止转动，当机械制动起作用后，方去掉直流制动，使重车靠机械抱闸的作用停止。

　　(4) 多段速

　　变频器内部预置了五个速度段，分别对应于变频器不同的运行频率,以适应控制系统对提升机不同运转速度的要求。

　　各速度段对应频率可以分别设置，以满足各种工况运行需要。

　　(5) 自动减速

　　变频器接收到系统给出的减速信号后，启动机内的减速程序，按照设定要求将提升机的运行速度逐渐降低。

　　(6) 紧急停车

　　变频器提供了紧急停车信号输入端子，急停信号动作后，变频器立即停止输出，电机处于自由运转状态，然后依靠机械制动装置停车。

　　4系统方案

　　4.1 提升机变频器控制原理

　　提升机变频器是整个系统的一个核心部分，它具有与电控系统相适配的各种接口。配合操作台运行控制，操作台向变频器发出“正转运行”、“反转运行”和“变频急停”三路开关量信号，以及五路“给定转速”信号。变频器向操作台发出“变频器待机”、“变频器故障”和“安全回路”三路开关量信号，以及用于显示的模拟量输出信号。操作台控制空气开关分、合闸，分别连入相应的控制回路中。绞车上安装的轴编码器向操作台发出电机转速及绞车位置信号。操作台接受绞车司机的操作指令。

　　变频器执行电控系统的指令，完成启动、停止及其加减速的动作。当制动手柄与主令手柄推离零位后，经过相应的档位由可编程控制器发出模拟量信号作为变频器的速度输入给定，同时发出“正转运行”或“反转运行”指令，变频器接收到操作台发出的指令，按照根据绞车速度曲线图设定好的加速时间进行升速。随着变频器输出频率由最低升至最高后，提升机进入高速段。当提升容器运行至减速点时，操作台通过相应档位输入给定速度控制变频器，变频器逐渐由最高频率向设定的爬行速度对应的频率降速，提升机从高速阶段进入减速段运行。当前速度降至爬行速度时，提升机进入到低速段运行，并保持该速度。提升容器运行到卸载位置时，操作台进行抱闸操作，同时发出“变频器急停”指令，至此完成一次提升过程。

　　整个提升机系统中设有深度指示失效、限速、过卷、反转、制动油过压、闸瓦磨损、松绳、速度监视、制动油超温、润滑油超压欠压、变频器的轻重故障等保护功能。系统根据故障性质作出响应，必要时实施紧急制动，确保设备及人员的安全。

　　电控系统与变频器配套使用，系统已经提供了与变频器的接口，可按照各自的接线说明正确连接。绞车系统采用两套提升机变频器，两套系统互为备用，增加系统运行的可靠性。改造时需要增加变频器转换装置。系统运行前，将主回路和控制回路各转换开关切换至相应的变频位置。具体接法如下:

　　4.2主回路

　　增加三个三刀双掷开关(QS1、QS2、QS3)作为主回路切换装置，三相电源、绞车电机分别接至相应开关的刀位置。

　　由于变频器提供了适应提升机现场应用的完善的接口，依据提升机控制系统的不同，采用适当的接线方式，就可以实现灵活的操作方式，两个系统之间可以实现无缝连接。

　　5现场调试运行情况

　　风光600kW/660V提升机变频器于2010年12月投入运行，至今工作正常。提升机起动平稳，减少了提升机维护量，增加了提升产量，用户对改造效果十分满意。

　　提升机变频器基本参数设置如表1所示。