一、前言

龍煤團體雙鴨山分公司集賢煤礦是一家從事煤炭開采多年的老礦，目前年產優質煤炭200萬噸。該煤礦的 主井晉升機為雙筒式礦井晉升機，滾筒直徑為3.5米，提煤容器為箕斗，提媒工藝如下示意圖：

該采煤晉升體系為目前中小煤礦廣泛采納，采納箕斗作為晉升容器，一個箕斗在井底煤倉主動裝載后，被晉升到地面卸載；另一箕斗由地面降落到井下煤倉處裝煤。

箕斗通過機房的雙滾筒帶動，機房雙滾筒采納兩臺800千瓦電機通過減速機拖動，電機的調速方法采納傳統的串電阻調速方法，該調速方法屬于后進技能，存在以下毛病：

（1）大批的電能耗費在轉差電阻上，造成了嚴重的能源揮霍，同時電阻器的安裝須要占用很大的空間。

（2）操縱體系繁雜，導致體系的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機碳刷容易毀壞，保護工作量很大，直接影響了生產效力。

（3）低速和爬行階段須要依附制動閘皮摩擦滾筒實現速度操縱，特殊是在負載產生變革時，很難實現恒減速操縱，導致調速不持續、速度操縱性能較差。

　 （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下降。

（5）主動化水平不高，增添了開采成本，影響了產量。

（6）低電壓和低速段的啟動力矩小，帶負載才能差，無法實現恒轉矩晉升。

目前，變頻器調速體系作為當前最先進的交換電機調速體系，越來越多的利用于各種交換電機拖動場所，作為礦井晉升機這種特別行業、特別負載，利用的案例還對比少，尤其是針對高壓變頻調速體系，雙鴨山新立礦標新立異，敢于創新，通過多加比對，考核，抉擇采納北京利德華福電器技能有限公司生產的能量回饋型高性能矢量操縱變頻器對原體系進行改革。

一、能量回饋型高性能高壓變頻器體系扼要介紹

北京利德華福電氣技能有限公司生產的能量回饋型高壓變頻器屬于高性能具備矢量操縱功效的新一代變頻器，普遍利用于礦井晉升機、須要快速制動的風機以及大型軋鋼機負載上，其基礎組成為：激磁涌流克制柜、變壓器柜、功率柜及操縱柜。裝備原理如上圖，現扼要闡明：

1） 涌流克制：變壓器在受電瞬間，會發生激磁涌流，該數值在正常額定電流的6到8倍左右，在電網容量較小的情形下，可能引起電網急劇負向波動，影響其他裝備的正常運行。為理解決該問題，北京利德華福針對該場所運行的變頻器加裝了激磁涌流克制柜，其重要組成部分為高壓電阻及真空接觸器，二者并聯。當變頻器受高壓電瞬間，高壓電阻串入變壓器輸入回路，通過電阻的限流作用下降激磁涌流，減小電網的負向波動。延時兩秒鐘后，受變頻器操縱體系操縱，并接在高壓電阻的真空接觸器主動吸合，切除高壓電阻，變頻器投入正常運行。

2） 變壓器：該變壓器為移相變壓器。移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，依據電壓等級和模塊串聯級數，一般由24、30、42、48脈沖系列等構成多級相疊加的整流方法，可以大大改進網側的電流波形（網側電壓電流諧波指標滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93的請求）。使其負載下的網側功率因數接近1。由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，相似通例低壓變頻器，便于采納現有的成熟技能。

3） 功率模塊：功率模塊是變頻器中首要的組成部分，變頻器輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，對電纜和電機的絕緣無毀壞，無須輸出濾波器，就可以延伸輸出電纜長度，可直接用于普通電機。同時，電機的諧波損耗大大減少，打消負載機械軸承和葉片的振動。對于能量回饋變頻器的功率模塊，其構造更為繁雜，功率單元的輸入部分不再是整流二極管，而是可控的開關器件（IGBT），并在每個功率模塊中加裝電流檢測裝置，通過對輸入部分IGBT的操縱，實現電流的雙向流動，從而實現變頻器的四象限運行功效。當某一個功率模塊呈現故障時，通過操縱使輸出端子短路，可將此單元旁路退出體系，變頻器可降額機械運行；由此可避免很多場所下停機造成的喪失。

須要闡明的是，上述所有功效的實現，均由變頻器的大腦――主控體系來實現，北京利德華福變頻器的主控體系大體由高速單片機處置器、人機界面、PLC組成。單片機處置器應用公司具有自主知識產權的先進矢量操縱技能，通過光纖通信的方法對每個功率單元進行PWM操縱。人機操作界面解決高壓變頻調速體系本身和用戶現場接口的問題，供應友愛的全中文監控界面，使用便利、快捷，同時可以實現遠程監控和網絡化操縱。內置PLC則用于柜體內開關信號的邏輯處置，可以和用戶現場機動接口，滿足用戶的特別須要。

三、改革計劃

原有的串電阻調速方法連續保存，通過切換開關將高壓變頻器融入到原體系，保證兩個體系操作的相對獨立性。當變頻器投入運行時，閉合QS3、QS4，通過轉子切換柜將繞線式異步電動機轉子短接，則變頻器投入礦井晉升機體系，變頻器接收主控臺指令正、反轉及調速指令，驅動雙電機同步調速正反轉運行；當原有串電阻調速體系投入運行時，QS5、QS6 閉合，通過轉子切換柜將原有電阻串入繞線式異步電動機轉子回路，通過切換柜的變向及串入轉子電阻的逐級切換，到達變向及調速的目標。上圖中的QS3、QS4、QS5、QS6 等隔分開關相互之間維持機械互鎖，且開關狀況整個納入主控臺操作體系，這樣，高壓變頻調速體系可以和原體系互為備用，增添礦井晉升機運行的可靠性。變頻器本體部辯白明如下：

1）高壓變頻器采納單元串聯多電平拓補構造，輸入諧波小，功率因數高；

2）高壓變頻器為可以四象限運行的能量回饋型變頻器，采納最先進的矢量操縱技能，加速時可以實現最大的轉矩輸出，加速光陰縮小至最短，而減速時，可以操縱電機在四象限運行，輸出制動轉矩，減速光陰縮至最短，同時，將勢能轉化為電能，回饋至電網，從而到達節能的目標；

3）斟酌到礦用電網容量較小，變頻器配備激磁涌流柜，在變頻器送電初期，將激磁涌流克制電阻投入主回路，延時兩秒后，通過主動切換回路，切除激磁涌流克制電阻，通過此種技能計劃，下降變壓器激磁涌流，保證變頻器瞬間投入時不對電網造成電壓波動；

4）單臺變頻器直接拖動兩臺電機，簡化操縱手法，下降故障風險。

四、變頻器在礦井晉升機體系中的利用

圖中為雙鴨山集賢煤礦立井雙箕斗晉升體系重要組成部分，體系中包含：電機、高壓變頻器、主控臺、液壓站、潤滑站、高壓開關柜、減速機、聯軸器、雙滾筒、箕斗、天輪及原串電阻調速體系，因本文重要講述高壓變頻器在礦井晉升機體系中的利用，關于串電阻調速體系則在本文中不再詳述。

圖中，高壓變頻器作為動力調速裝置，在全體晉升體系中起著舉足輕重的作用，下面則對此進行詳細闡明。

變頻器通過高壓開關柜受高壓電，并且通過變頻器操縱體系檢測高壓電的相序，電壓等一系列參數，如果參數越過變頻器正常范疇，則應用變頻器自身的維護功效對變頻器實行維護，為了下降變壓器初期受電的激磁電流，避免受電時電網波動對其他運行裝備的影響，該變頻器配備了激磁涌流克制柜，下降激磁電流，下降電網波動的幅度。

變頻器與主控臺的接口重要如下：

變頻器接收主控臺的正轉、反轉、急停以及轉速給定等指令，變頻器反饋給主控臺的信號有：待機、運行、輕故障、重故障、旁路故障、輸出轉速及輸出電流等。

變頻器受高壓電后，主控臺通過檢測電機的待機信號，斷定變頻器已經可以運行，主控臺在主動模式下，通過操縱變頻器，實現礦井晉升機運行的5段速度曲線，即啟動加速段、勻速段、一次減速段、勻速爬行段和二次減速制動段，下面一一闡明。

1） 啟動加速段：主控臺接收井下操作人員的打點命令，對變頻器輸出正轉或反轉命令，變頻器遵照預先設定的加速光陰運行至最低頻率，將運行信號反饋給主控臺，此時作用于雙滾筒上的抱閘體系處于抱閘狀況，滾筒靜止，拖動滾筒的電機處于堵轉狀況。主控臺接管到變頻器運行信號后，斷定變頻器輸出電流，當檢測電流到達電機額定電流后（雙電機體系，額定電流為單電機額定電流的二倍），證明電機已經獲得了足夠的勵磁轉矩，因液壓站液壓閥的機械特征有時會產生渺小變革，為了避免溜車現象的產生，主控臺在此稍做了延時，一秒鐘后主控臺驅動液壓站液壓閥，液壓閥再驅動滾筒抱閘體系，松開抱閘體系，電機堵轉收場，開端旋轉，通過減速機，滾筒開端運行，從而通過鋼繩拖動兩只箕斗高下運行。變頻器接收主控臺轉速給定信號，逐步進步運行頻率，遵照預先設定的加速光陰逐步進步運行頻率，滾筒轉速逐步進步；

2 ）勻速段：當轉速給定指令進步至50赫茲，變頻器運行至50赫茲時，進入勻速段，此階段，變頻器堅持最大輸出，滾筒運行至最高速度，拖動箕斗在最高速度下運行；

3 ）一次減速段：主控臺通過立井體系的地位傳感器接管箕斗運行地位信號，當達到一次減速區間的時候，主控臺遵照預先設定的程序減小轉速給定指令數值，變頻器接管到新的轉速給定數值后，實行，開端下降運行頻率，拖動電機及滾筒減速運行。此時因箕斗之前還處于高速運行，突然降速后，由于慣性作用，電機進入發電狀況，開端向變頻器注入能量，變頻器則應用自身的能量回饋功效，將此部分能量通過逆變回饋至電網，同時依據預先設定的降速曲線，對電機實行反作用力，到達快速降速的目標；

4 ） 勻速爬行段：主控臺通過箕斗的地位傳感信號，通過預設數值，給定變頻器低轉速數值，變頻器在此轉速信號下堅持低頻率輸出不變，箕斗低速運行，進入勻速爬行段；

5） 二次減速制動段：主控臺通過箕斗的地位傳感信號，斷定箕斗即將進入預定停斗地位后，給變頻器更低轉速信號，變頻器運行至最低頻率，當箕斗即將達到預定地位后，主控臺發出急停指令，變頻器結束驅動電機，同時操縱液壓站，關斷液壓閥，從而驅動滾筒抱閘體系，經過二級制動，抱閘體系抱去世，滾筒靜止，箕斗停運，實行卸煤及裝載流程。須要闡明的是，當主控臺發急停指令的時候，變頻器通過自身編程延時0.5秒結束頻率輸出，此種技能手法是為了保證在滾筒抱閘體系已經起作用的時候，變頻器仍有短光陰力矩輸出，防止抱閘體系抱閘瞬間變頻器力矩輸出為零，引起溜車現象，經現場重復運行，證明了該計劃的可行性。

當然，在變頻器運行的各個階段，主控臺通過軸編碼器，辨別監測電機、滾筒的轉速，除了顯示箕斗運行速度、實時深度等數值，還通過多個速度監測成果綜合斷定體系運行是否正常，另外，通過立井地位傳感器、繩索、潤滑站、液壓站、電機過熱維護器等系列參數，實現礦井晉升機體系的上過卷、下過卷、松繩、潤滑油油壓過低或過高（潤滑站重要是給減速機潤滑）、液壓站油壓過高或過低、電機過載、絞車過速等一系列維護功效。

變頻器的加減速光陰設置很首要，其設置基本原則有兩個方面，第一，盡可能應用變頻器自身的快速響應功效，加減速光陰盡量短，進步箕斗的運行速度，進步生產效力；第二，最大加速度不容許超過國度安標，防止安全事故，基于以上兩點斟酌，實際利用中，變頻器從0至50赫茲的加速光陰設置為12秒，從50赫茲至0赫茲的減速光陰設置為9.7秒，經現場實際運行，完整滿足現場運行請求。

變頻器運行中，不但自身具備完美的各項維護功效，還可以應用接口電路實時將故障信息傳送給主控臺，實現聯鎖維護，最大限度地保證礦井晉升機體系的安全運行。

下面是一組現場重要裝備實圖，今展現出來，進步感性認識。

五、變頻器在實際中利用遇到的問題及解決措施

實際調試歷程中，曾經遇到如下問題：每次主控臺給變頻器正轉或反轉指令，變頻器開端啟動，在抱閘體系松開之前，晉升機體系減速機部分都會產生“咣、咣”兩聲對比大的聲響，很顯明，不但發生噪音，而且對減速機的機械部分也是一種侵害。細心剖析問題，最后把眼光定在了電機與減速機之間的聯軸器上，實物圖如下：

蛇形彈簧聯軸器屬于一種構造先進的金屬彈性變剛度聯軸器，它靠蛇簧嵌入兩半聯軸節的齒槽內來傳遞扭矩，重要由兩個半聯軸節，兩個半外罩，兩個密封圈及蛇形彈簧片組成。聯軸器以蛇形彈簧片嵌入兩個半聯軸節的齒槽內，來實現自動軸與從動軸的鏈接。運轉時，是靠自動端齒面 對蛇簧的軸向作用力帶動從動端，來傳遞扭矩，如此在很大水平上避免了共振現象產生，且簧片在傳遞扭矩時所發生的彈性變量，使機械體系能獲得較好的減震后果，其平均減震率達36%以上。蛇形彈簧片采納優質彈簧鋼制作經過嚴峻的加工，處置具有良好的機械性能，使聯軸器的壽命比非金屬彈性元件聯軸器大為延伸。

問題就是出在蛇形彈簧聯軸器上。因變頻器為了滿足現場快速啟動的請求，設置了轉矩晉升功效，加大啟動轉矩,加速光陰又很小( 從0到50赫茲之間僅為12秒) ，這樣一來,當變頻器啟動，電機很快得到足夠的勵磁轉矩，電機堵轉，電機急速運行至變頻器最低頻率。此時，電機轉矩較大，通過聯軸器直接驅動減速機，減速機自動輪和從動輪之間是有間隙的，因此時抱閘體系處于抱閘狀況，滾筒還處于靜止狀況，則減速機自動軸與從動軸齒輪間敏捷產生碰撞，產生“咣”一聲響，然而，變頻器在低轉速下，其輸出轉矩很顯然無法和工頻輸出時相比，這樣，當減速機自動軸齒輪與從動軸齒輪之間產生第一次碰撞后，因蛇形彈簧聯軸器的彈性作用，瞬間發生反作用力矩，彈性越大，反作用力矩越強，而變頻器此時輸出的轉矩則很難繼續對抗該反轉矩，于是，蛇形彈簧聯軸器帶動電機瞬間反轉，自動軸齒輪與從動軸齒輪之間又一次產生碰撞，又產生一次“咣”的聲響，直至再次驅動從動軸時，此時滾筒抱閘體系已經松開，電機開端正常運行，則再無該機械聲響。下一次，晉升機從靜止狀況到運行狀況，則現象依舊。

基于以上剖析，最后，我們應用變頻器先進的設置功效，在變頻器加速光陰上作了一些竄改，將原有的加速光陰分作三段，其中，在第一段加速光陰為0至4赫茲2秒，第二段加速光陰為4到15赫茲2秒，15至50赫茲加速光陰為8秒。這樣，保證在全體加速光陰12秒不變，而重要是應用第一段加速光陰來解決機械撞擊的問題，即，當變頻器接管到正轉或反轉指令后，啟動，此時，電機的啟動轉矩根據第一段加速光陰而逐步建立，其轉矩的晉升不再是瞬間至最大值，，而是有了一個斜度，作用在蛇形聯軸器的力矩是個逐步增添的歷程，充沛應用了蛇形聯軸器的彈性功效，不致于蛇形聯軸器彈性過大，造成反力矩從而沖擊從動輪，當力矩至最大時，滾筒抱閘體系已經松開，晉升機體系開端晉升，一切恰到利益，再無“咣、咣”的機械聲響，問題得到徹底解決。

六、改革前后變頻器與原串電阻調速體系的對照

七、收場語

繞線式電機轉子串電阻調速，電阻上耗費大批的轉差功率，速度越低，耗費的轉差功率越大。使用能量回饋型變頻調速，是一種不耗能的高效的調速方法。電機在發電狀況下運行時還可以將能量回饋至電網，節能十分明顯，取得了很好的經濟效益。另外，晉升機變頻調速后，體系運行的穩固性和安全性得到大大的進步，減少了運行故障和停工工時，節儉了人力和物力，進步了運煤才能，間接的經濟效益也很可觀。

本文來自:中國傳動網