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。我們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作了相當大的努力。通過不斷的進行技術革新，成功地開發了礦山提升機專用變頻器。

礦山提升機專用變頻器，是我公司根據煤礦機電設備的改造要求，結合提升機的運行特點，在普通變頻器基礎上研制生產的一種新型專用產品。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地能量回饋問題，這也是該類變頻器地重點及難點。公司的技術人員根據這一特點，采用回饋制動、能耗制動或超級電容吸收技術，成功地解決了這一難題，是國產變頻器中目前能將再生發電能量回送電網的唯一廠家。該產品自投放市場以后，在無級平滑調速、運行平穩可靠及節能方面都取得了良好的經濟效益與社會效益，深受廣大用戶的青瞇與好評。

單溝提升機變頻器是在雙溝提升機變頻器的基礎上，開發的另一提升機系列產品之一。單溝提升機的一個最顯著的特點就是回饋能量大，在下放過程中只要離開井口，礦車即拖著電動機靠重力下放，從而超過同步轉速而發電，因而整個下放過程都是處于發電狀態，其能量的回饋是相當大的，這也是做好單溝提升機變頻器的難點所在，如何處理好這部分能量，以保證變頻器可靠的工作，是該類變頻器的關鍵。

我公司利用自己在雙溝變頻器中積累的經驗，采用獨立的回饋單元，用同步信號 PWM 控制的方式，較好的實現了發電的能量回送電網的目的，使變頻器運行平穩，安全可靠，并已有數十臺在現場獲得了應用。從應用效果看，變頻器運行穩定，節能顯著，從而為做好提升機變頻器提供了實踐經驗。

2 。 單溝提升機應用變頻調速技術的優點

單溝提升機應用變頻調速技術，較原控制系統優越性體現在以下幾個方面：

（ 1）實現了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩可靠。

（ 2）調速連續方便，可分段予置，連續調節。

（ 3）起動及加速換擋時沖擊電流很小，減輕了對電網的沖擊，簡化了操作、降低了工人的勞動強度。

（ 4）運行速度曲線成S形，使加減速平滑、無撞擊感。

（ 5）安全保護功能齊全，除一般的過壓、欠壓、過載、短路、溫升等保護外，還設有連鎖保護、自動限速保護功能等。

（ 6）甩掉了原系統加速用的轉子串電阻、交流接觸器及時間繼電器等，提高了系統的可靠性，操作人員的工作環境也大為改善。

（ 7）設有直流制動、能耗制動、及回饋制動等多種制動方式，使安全性更加可靠。

（ 8）該系統四象限運行，回饋能量直接回送電網，且不受回饋能量大小的限制，適應范圍廣，節能效果更加明顯。

3.單溝提升機變頻調速系統的工作原理

我們針對單溝提升機的運行工作特點，按照嚴格的工業標準設計，制造單溝提升機變頻器，把制動電路、回饋電路、濾波器、線路電抗器和 PLC等集成到變頻器中，增強了整機的可靠性。

單溝提升機變頻器 為交－直－交電壓型變頻調速系統，原理圖如下圖所示。

圖單溝提升機變頻調速系統原理圖

該系統的運行過程主要分為兩個過程：

（ 1） 絞車電機作為電動機的過程，即正常的逆變過程。該過程主要由整流、濾波和正常逆變三大部分組成，如上圖1所示。其中正常逆變過程是其核心部分，它改變電機定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調速作用。

（ 2） 絞車電機作為發電機的過程，即能量回饋過程。該過程主要由整流、回饋逆變和輸出濾波三部分組成，如上圖1所示。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續流二極管完成。二極管D1和D2為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分。電解電容E2的主要作用是為回饋逆變部分提供一個穩定的電壓源，保證逆變部分運行更可靠。回饋逆變部分是整個回饋過程的核心部分，該部分實現回饋逆變輸出電壓相位與電網電壓相位的一致。因為回饋逆變輸出的是調制波，為保證逆變的正常工作以及減少對電網的污染，我們加了一個輸出濾波部分，使該系統的可靠性更加穩定。

4．單溝提升機變頻器的特點

與雙溝提升機相比，單溝提升機具有回饋能量大的特點，我們采用獨立的回饋單元，按重車滿負荷下放的最大限度來選取制動模塊和回饋模塊。

當電機發電母線電壓升高時，啟動回饋單元向電網回饋或啟動剎車單元，將能量泄放掉。由于單溝回饋能量大，為保證器件的安全，可同時啟動回饋單元或剎車單元。

這里要注意幾點：

（ 1）剎車界限要調整適當，該電路應主要以回饋為主，若剎車過早，剎車電阻會長期工作，造成不必要的能耗浪費，剎車電阻也會因長期過熱而損壞，一旦損壞，則后果嚴重，將造成整個變頻器工作的不安全。

（ 2）由于回饋輸出的是經過調制的PWM波形，為了與電網盡量一致，其相位控制相當重要，要保證輸出的波形與電網嚴格同步。另外，必要的LC濾波也是十分重要的，不然，將對電網造成污染，回饋量越大，其濾波系數也越大。

（ 3）在回饋控制板上有一個顯示接口，從此端接入一個顯示板，可監測基準電壓和母線電壓，對安裝調試比較方便。

5．單溝提升機變頻器的基本控制要求

（ 1 ）運行速度的控制

為了減少運行過程中的機械沖擊，在提升機啟動和停止過程中，做到加速度連續，因不同的頻率，對應不同的加減速速率，在本裝置的控制中，將不同頻率時的加減速速率規劃成一個表格，運行中用查表的方法確定對應頻率時的加減速速率，使提升機平滑運行，減少機械沖擊。

（ 2 ）自動限速保護

在運行到終點時，由限速開關給出減速信號， PLC 檢測到減速信號后發送給控制器，由控制器啟動自動減速程序，使工作頻率按設定要求逐步變為低速運行。提升機帶有測速發電機，當測速發電機給出超速信號， PLC 檢測該信號發送給控制器，進入自動減速運行。

（ 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。

制動油泵啟動后，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。

6 。 現場應用

我們在新疆瑪納斯永安煤業有限公司及內蒙古鄂可托旗烏仁都西煤焦有限公司分別安裝了一臺 75KW 和 160KW 的單溝提升機變頻器。 75KW 的是新井安裝， 160KW 的是老井改造，從現場應用看：

（ 1） 75KW 變頻器回饋時可達到 40A 左右的電流， 160KW 變頻器回饋時可達到 80A 左右。變頻器采用回饋方式，即母線電壓比基準電壓高出多少即回饋多少。當高于 700V 左右時啟動剎車單元，讓多余的能量在通過能耗電阻消耗掉，從而保證了主器件的安全。經過檢測母線電壓，看不到有較大的電壓波動。

（ 2 ）回饋波形較好。采用適當的 LC 濾波后，用示波器檢測輸入端的波形，比較接近于正弦波，對電網基本造成不了污染，濾波效果較好。

（ 3 ）節能效果顯著。與工頻比較，就 160KW 提升機而言，原無功電流與有功電流之和大約在 180A 左右。而變頻運行時，基本上測不出無功電流，只有有功電流 80A 左右，單單從電流看即減少了 100A 左右，綜合節電率可達 30% 左右。

（ 4 ）減少了投資費用。 75KW 提升機由于是新井，直接選用普通的鼠籠式電機，采用變頻即可以平滑的進行調速，而不用繞線式電機即可。鼠籠式電機比繞線式電機價格便宜 1/3 左右。因此降低了用戶的投資費用，維護起來也比較方便。

（ 5 ）采用變頻調速后，甩掉了原工頻用的速度段切換交流接觸器及調速電阻，使工人的操作環境大為改善，調速平滑，減輕了對電網及換擋的沖擊，電流變化平穩，這是原工頻狀態所無法比擬的。

7 。 結束語

礦用提升機采用變頻改造，尤其是單溝提升機的成功實踐，為變頻器在起重設備上的應用提供了典范。據國內資料顯示，在國產變頻器中，真正使用回饋制動的寥寥無幾。就是變頻器在提升機上的應用也相當少，因此大面積的推廣提升機變頻器，對變頻器的生產來說無疑將會是一個巨大的市場。