經(jīng)礦領(lǐng)導(dǎo)多方面考察、對比，煤礦決定對原提升絞車系統(tǒng)進(jìn)行改造，選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-400T型高壓變頻器提升系統(tǒng)對主井提升機(jī)進(jìn)行改造。
3 改造方案
3.1原提升設(shè)備參數(shù)

       主要設(shè)備參數(shù)如表2所示。

3.2高壓提升機(jī)變頻器參數(shù)
　　新風(fēng)光電子公司是國內(nèi)較早的從事提升機(jī)變頻器研究的專業(yè)廠家，風(fēng)光牌高壓提升機(jī)變頻器被列入國家火炬計(jì)劃，產(chǎn)品榮獲國家重點(diǎn)新產(chǎn)品、山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)，產(chǎn)品被列入國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄第一批名單。
　　風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，加速時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩輸出，加速時(shí)間縮小至較短，而減速時(shí)，可以控制電機(jī)在四象限運(yùn)行，輸出制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減速時(shí)間縮至較短，同時(shí)，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，回饋至電網(wǎng)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器具體參數(shù)如表3所示。

3.3改造方案
　　為了確保安全可靠，讓變頻調(diào)速系統(tǒng)與原調(diào)速系統(tǒng)并存，互為備用，隨時(shí)可以切換。改造系統(tǒng)控制思路如圖1所示：

　　主回路改造原理如圖2所示：

　　圖2中K1、K2、K3為三臺高壓隔離開關(guān)，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K1、K3與K2采用電磁互鎖操動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁和機(jī)械互鎖。K4為轉(zhuǎn)子側(cè)雙擲開關(guān)，變頻運(yùn)行時(shí)，K4切換到變頻側(cè)，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開關(guān)K4后處于短接狀態(tài)；工頻運(yùn)行時(shí)，K4切換到工頻側(cè)，繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)K4接至原調(diào)速電阻裝置。當(dāng)K1、K3閉合，K2斷開，K4切換到變頻側(cè)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)K1、K3斷開，K2閉合，K4切換到工頻側(cè)，電機(jī)工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。另外，為了保證安全，變頻器高壓連跳信號和上一級的高壓斷路器也實(shí)現(xiàn)互鎖，變頻器高壓連跳串入上一級高壓斷路器的脫扣線圈，變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，上一級的高壓斷路器斷開，實(shí)現(xiàn)高壓故障連跳功能。
4新風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　JD-BP37-400T型高壓提升變頻調(diào)速器采用進(jìn)口IGBT為主控器件，采用先進(jìn)的矢量控制調(diào)速技術(shù)，以DSP為控制核心，精心巧妙科學(xué)的程序邏輯，以彩色液晶觸摸屏為人機(jī)對話界面，科學(xué)人性化的界面語言，全中文的語言顯示，便于操作及查詢。風(fēng)光牌高壓提升機(jī)變頻器，即可用于鼠籠式電機(jī)也可用于繞線式電機(jī)，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風(fēng)光6kV高壓提升變頻器，采用若干個(gè)低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，所用的6kV高壓提升變頻器，變壓器有18組付邊繞組，每相分為6個(gè)功率單元，三相共18個(gè)單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分低于國標(biāo)規(guī)定。高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。功率單元電路如圖4所示。

　　控制器核心由高速32位芯片運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的算法可以保證電機(jī)達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)行性能。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。PLC控制器用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進(jìn)的單片機(jī)等大規(guī)模集成電路和表面焊接技術(shù)，系統(tǒng)具有極高的可靠性。此外還有一個(gè)CPU，負(fù)責(zé)管理LED顯示屏和鍵盤。
　　另外，控制器與功率單元之間采用多通道光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個(gè)功率單元的控制電源采用一個(gè)獨(dú)立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
　　高壓提升變頻器是整個(gè)電控系統(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。它接受操作臺電控系統(tǒng)的操作命令，同時(shí)它又將運(yùn)行狀態(tài)，包括工作頻率、電機(jī)電流、電源電壓、電流及故障信息隨時(shí)送給電控系統(tǒng)。變頻器本身又將工作信號及工作狀態(tài)自動(dòng)記錄以備查閱，依據(jù)用戶要求連接打印設(shè)備，每班數(shù)據(jù)打印，形成設(shè)備報(bào)表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進(jìn)行了隔離，避免對變頻器引入干擾。當(dāng)電機(jī)處于負(fù)力提升時(shí)，變頻器實(shí)時(shí)檢測進(jìn)行能量回饋電網(wǎng)。
5高壓提升機(jī)變頻器與電控系統(tǒng)的配合
　　高壓提升機(jī)變頻器是整個(gè)改造系統(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。配合自動(dòng)控制的操作臺運(yùn)行時(shí)，電控臺向變頻器發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”、“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”和“變頻急停”三路開關(guān)量信號，以及一路4～20mA“給定轉(zhuǎn)速”信號。變頻器向電控臺發(fā)出“變頻器待機(jī)”和“變頻器故障”兩路開關(guān)量信號，以及用于顯示的模擬量輸出信號。電控臺控制高壓斷路器分、合閘，變頻器輸出的“合閘允許”與“緊急分?jǐn)唷狈謩e連入相應(yīng)的控制回路中。絞車上安裝的軸編碼器向電控臺發(fā)出電機(jī)轉(zhuǎn)速及絞車位置信號。電控臺接受絞車司機(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)過可編程控制器的運(yùn)算發(fā)出模擬量信號作為高壓變頻器的模擬輸入給定，同時(shí)發(fā)出“正轉(zhuǎn)運(yùn)行”或“反轉(zhuǎn)運(yùn)行”指令，高壓變頻器接收到電控臺發(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。隨著高壓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)，電控臺通過輸入給定控制變頻器，變頻器依據(jù)設(shè)定好的減速時(shí)間逐漸由最高頻率向設(shè)定的爬行速度對應(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)，電控臺進(jìn)行抱閘操作，同時(shí)發(fā)出“變頻器急?！敝噶?，至此完成一次提升過程。
　　整個(gè)提升機(jī)系統(tǒng)中設(shè)有深度指示失效、限速、過卷、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)油過壓、閘瓦磨損、松繩、速度監(jiān)視、制動(dòng)油超溫、潤滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護(hù)功能。系統(tǒng)能根據(jù)故障性質(zhì)作出響應(yīng)，必要時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)或二級制動(dòng)，確保設(shè)備及人員的安全。
6 改造過程
　　 改造工程流程如下：先把變頻器安裝到位，進(jìn)行主回路線路改造，然后進(jìn)行操作臺的固定安裝，連接操作臺與變頻器之間的連線，調(diào)試操作臺與變頻器的信號傳遞，正常后把變頻器和操作臺聯(lián)入到原操作系統(tǒng)中統(tǒng)調(diào)，帶重載調(diào)試這是改造中的重點(diǎn)部分。整個(gè)改造工程流程如圖5所示：

7基本控制
（1）交流制動(dòng)。本提升機(jī)用變頻器，交流制動(dòng)對提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到重要作用，當(dāng)重車在中間停車時(shí)，檢測到停機(jī)信號后給控制器發(fā)出信號，讓變頻器由高頻迅速地降到低頻（1Hz左右），給提升機(jī)一低頻制動(dòng)，讓提升機(jī)從高速能較快速地降為低速，待PLC檢測到機(jī)械制動(dòng)起作用的信號后，PLC發(fā)出信號讓控制器去掉交流制動(dòng)信號，使提升機(jī)靠機(jī)械抱閘裝置停穩(wěn)。啟動(dòng)時(shí)，先對提升機(jī)施加一交流制動(dòng)信號，建立啟動(dòng)力矩，待檢測到機(jī)械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉交流制動(dòng)信號，然后由控制器加上啟動(dòng)電壓讓提升機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。
（2）運(yùn)行速度的控制。為了減少運(yùn)行過程中的機(jī)械沖擊，在提升機(jī)啟動(dòng)和停止過程中，做到加速度連續(xù)，不同的頻率，對應(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。
（3）再生能量通過功率單元來處理，如圖6示：

　　電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，功率單元母線電壓Vbus升高，當(dāng)母線電壓超過電網(wǎng)電壓的1.1倍時(shí)，高速CPU根據(jù)比較器和相位檢測的結(jié)果輸出六路SPWM波形，使逆變塊A中的IGBT工作，通過輸入電感，電動(dòng)機(jī)的再生能量最后通過移相變壓器回饋到電網(wǎng)，裝置充分利用了移相變壓器對諧波的抵消作用，對電網(wǎng)無諧波污染、功率因數(shù)高、控制簡單、損耗小，返回到電網(wǎng)諧波小于國家標(biāo)準(zhǔn)。
8現(xiàn)場應(yīng)用情況及效果
　　改造工程于2011年9月利用煤礦生產(chǎn)間歇進(jìn)行，10月份正式投入運(yùn)行。從目前運(yùn)行情況看，提升絞車變頻改造后，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的真正軟啟動(dòng)，縮短了提升時(shí)間，減少維護(hù)工作量，提高了生產(chǎn)效率。大大提高了提升機(jī)的安全運(yùn)行。
　　變頻改造后，提升機(jī)絞車運(yùn)行中主要有如下好處：
（1）省去了轉(zhuǎn)子串電阻造成的能耗，具有十分明顯的節(jié)能效果。
（2）克服了接觸器、電阻器繞線電機(jī)電刷等容易損壞的缺點(diǎn)，降低了故障和事故的發(fā)生率，提高了系統(tǒng)的可靠性。
（3）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。
（4）實(shí)現(xiàn)了無級平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)任意調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，運(yùn)行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊。
（5）提升機(jī)加減速過程的平穩(wěn)控制，運(yùn)行過程纜繩擺幅明顯減小，人員升降舒適性明顯提高。
（6）基本無維護(hù)工作量，操作簡單，減低了維護(hù)人員和操作人員的工作強(qiáng)度。
（7）系統(tǒng)具有更完善的軟硬件保護(hù)環(huán)節(jié)。
9結(jié)束語
　　風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器在主井提升機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻電控系統(tǒng)改造中，不僅提高了提升系統(tǒng)的安全性和可靠性，而且大大減低了維護(hù)費(fèi)用，節(jié)能效果明顯，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動(dòng)，是交流提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展的方向，應(yīng)用前景廣闊。