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1引言
        山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司位于呂梁市臨縣林家坪鎮(zhèn)滴水局村南，煤礦井田面積6.971km2,生產(chǎn)規(guī)模為120萬噸/年。此次改造的礦井提升機(jī)為礦井主斜井，斜井斜長(zhǎng)837米，傾角23°，井口安裝JK-2×1.5絞車，斜井擔(dān)負(fù)著提煤、下放大件、檢修皮帶機(jī)任務(wù)。
        礦井提升機(jī)采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)的調(diào)速方式采用傳統(tǒng)的串電阻調(diào)速方式，該調(diào)速方式屬于落后技術(shù)，存在以下缺點(diǎn)：
(1)大量的電能消耗在轉(zhuǎn)差電阻上，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。
(2)控制系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)碳刷容易損壞，維護(hù)工作量很大，直接影響了生產(chǎn)效率。
(3)低速和爬行階段需要依靠制動(dòng)閘皮摩擦滾筒實(shí)現(xiàn)速度控制，特別是在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)減速控制，導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。
(4)啟動(dòng)和換檔沖擊電流大，造成了很大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)的使用壽命大大降低，而且極容易出現(xiàn)“掉道”現(xiàn)象。
(5)自動(dòng)化程度不高，增加了開采成本，影響了產(chǎn)量。
(6)低速段的啟動(dòng)力矩小，機(jī)械特性比較軟，帶負(fù)載能力差。
        針對(duì)以上這些問題，煤礦決定對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行改造。根據(jù)當(dāng)今科技的發(fā)展，采用技術(shù)含量較高的變頻調(diào)速，替代原來的繞線電機(jī)串電阻調(diào)速，是較理想的方案。經(jīng)礦方多方面考察多個(gè)用戶現(xiàn)場(chǎng)，選用了山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-400T型高壓提升機(jī)變頻系統(tǒng)。
臨縣華燁煤礦絞車現(xiàn)場(chǎng)為單滾筒絞車，絞車設(shè)備配置如表1、表2所示?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如圖1所示。

  
 
 

圖1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖
2 新風(fēng)光高壓提升機(jī)變頻器系統(tǒng)的特點(diǎn)
        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。
 此次變頻改造選用1臺(tái)JD-BP38-400T型高壓提升機(jī)變頻器，額定電壓10kV，額定電流29A，額定功率400kW。高壓提升機(jī)變頻器技術(shù)指標(biāo)如表3所示。
 
        JD-BP38-400T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(duì)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10kV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10kV高壓提升變頻器，變壓器有27組付邊繞組，每相分為9個(gè)功率單元，三相共27個(gè)單元，采用54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2所示。功率單元電路如圖3所示。
 
圖2高壓提升變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖  
      

圖3功率單元電路結(jié)構(gòu)
        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(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性?？刂破骷案骺刂茊卧逯胁捎孟冗M(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(chǎng)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(tái)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(hào)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(duì)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(cè)進(jìn)行能量回饋電網(wǎng)。
3變頻改造方案
3.1主回路改造接線
改造提升機(jī)用變頻器是在原提升機(jī)電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝變頻調(diào)速系統(tǒng)，高壓變頻器為山東新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP38-400T型高壓提升機(jī)變頻器，安全可靠，狀態(tài)顯示齊全，具備與絞車控制系統(tǒng)配合的各種接口，滿足現(xiàn)有的各種電器閉鎖要求，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。改造中將原繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行短接處理，利用原繞線電機(jī)，節(jié)約了投資。
依據(jù)生產(chǎn)情況確定設(shè)備改造時(shí)間定于2013年11月初進(jìn)行。為不大面積影響煤礦生產(chǎn)，把輔料預(yù)先下放到位，間歇性停機(jī)改造。
主回路改造原理如圖4所示：
 

圖4   主回路改造圖
 3.2變頻控制與操作臺(tái)接口
變頻器與電控系統(tǒng)連接框圖如圖5所示。
（1）速度控制信號(hào)輸入
電控系統(tǒng)給一路4～20mA模擬量速度信號(hào)。
（2）模擬量輸出
系統(tǒng)提供兩路模擬輸出，模擬量輸出設(shè)定為4～20mA輸出電流和4～20mA輸出頻率。
（3）與操作臺(tái)遠(yuǎn)程控制
上提、下放、抱閘（松閘）、安全回路輸入、安全回路輸出、變頻就緒、故障輸出。
 
圖5  變頻器與電控系統(tǒng)連接框圖
3.3變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置
        現(xiàn)將調(diào)試中的一些參數(shù)設(shè)置介紹如下。
1、變頻器的加減速時(shí)間設(shè)置很重要，其設(shè)置根本原則有兩個(gè)方面，第一，盡可能利用變頻器自身的快速響應(yīng)功能，加減速時(shí)間盡量短，提高絞車的運(yùn)行速度，提高生產(chǎn)效率；第二，最大加速度不允許超過國家安標(biāo)，防止安全事故，基于以上兩點(diǎn)考慮，實(shí)際應(yīng)用中，變頻器從0至50Hz的加速時(shí)間設(shè)置為6s，從50Hz至0Hz的減速時(shí)間設(shè)置為6s，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求。
2、額定電壓(V)設(shè)置：變頻器在額定頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓。星點(diǎn)漂移功能參數(shù)：設(shè)為10009表示10000V每相9個(gè)單元，變頻器在星點(diǎn)漂移功能使用時(shí)，主控板在單元保護(hù)時(shí)做偏移角度計(jì)算。
3、轉(zhuǎn)矩提升（HMI V2.10）改善變頻器低頻轉(zhuǎn)矩特性，可對(duì)輸出電壓提升補(bǔ)償；默認(rèn)值為0，如10代表1.0%，22代表2.2%。額定電壓為10000V時(shí)，如果設(shè)置為10，則對(duì)應(yīng)電壓在最低頻率（0Hz）電壓提高100V，設(shè)置為100時(shí)，則對(duì)應(yīng)電壓在最低頻率（0Hz）電壓提高1000V；低頻補(bǔ)償值設(shè)為10時(shí)，則2Hz時(shí)輸出電壓為10000*[（2/50）+ 0.01]=500V在運(yùn)行過程中設(shè)置不響應(yīng)，停機(jī)后設(shè)置有效。本參數(shù)在調(diào)試中設(shè)定為10。
4、單元保護(hù)個(gè)數(shù)：主控停機(jī)當(dāng)變頻器單元故障數(shù)目達(dá)到設(shè)定的值時(shí)，變頻器停機(jī)封鎖輸出的同時(shí)給出故障信號(hào)。本參數(shù)設(shè)定為2。
5、過壓保護(hù)值（V）：當(dāng)輸入電壓值高于該設(shè)置值時(shí)，變頻器給出過壓保護(hù)。本參數(shù)設(shè)定為12000。
6、欠壓保護(hù)值(V) 當(dāng)輸入電壓值低于該設(shè)置值時(shí)，變頻器給出欠壓保護(hù)（主控程序V210的欠壓保護(hù)是必須在有輸出電流的情況下才進(jìn)行保護(hù)，并且電流不能小于額定電流的30%）。本參數(shù)設(shè)定為8000。
7、有關(guān)拖動(dòng)電機(jī)參數(shù)錄入：按照電機(jī)銘牌參數(shù)在變頻器相應(yīng)人機(jī)界面上輸入相應(yīng)參數(shù)即可。
8、啟動(dòng)模式選擇：本提升機(jī)針對(duì)不同提升機(jī)啟動(dòng)要求，有兩種模式選擇。
（1）直流制動(dòng)模式：當(dāng)提升機(jī)給出方向信號(hào)和閘信號(hào)后，變頻器啟動(dòng)運(yùn)行；
（2）堵轉(zhuǎn)運(yùn)行模式：當(dāng)提升機(jī)給出方向信號(hào)，變頻器開始運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)電流達(dá)到所需的電流閥值時(shí)，松閘信號(hào)給出，絞車開始運(yùn)行。本機(jī)中該參數(shù)設(shè)置直流制動(dòng)模式有效。
9、提升機(jī)單、雙鉤選擇：本提升機(jī)針對(duì)單、雙鉤提升機(jī)，有兩種模式選擇。
（1）雙鉤：適用于雙鉤運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)。
（2）單鉤：適用于單鉤運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)。本機(jī)中設(shè)置單鉤有效。
4變頻運(yùn)行情況
        從目前運(yùn)行情況看，主井提升絞車變頻拖動(dòng)后，實(shí)現(xiàn)了絞車的軟啟動(dòng)、軟停止，提高了生產(chǎn)效率。據(jù)實(shí)測(cè)，當(dāng)減速及重物下放時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)回饋。尤其在低速段節(jié)能明顯，在提升量基本相同的情況下，變頻運(yùn)行時(shí)節(jié)電量達(dá)25%以上。另外，變頻器保護(hù)功能齊全，除一般過載、短路、過欠壓、缺相等保護(hù)功能外，還設(shè)有連鎖保護(hù)、自動(dòng)限速保護(hù)功能等，保證了提升機(jī)的安全運(yùn)行。變頻器保護(hù)監(jiān)控精確定位。方便用戶對(duì)故障進(jìn)行診斷。變頻器故障相應(yīng)人機(jī)界面如圖6所示。A、B、C各相每個(gè)單元如果發(fā)生母線過壓、逆變過流、回饋過流、接收光纖故障、開機(jī)信號(hào)、缺相、過熱、主控接收光纖故障等故障時(shí)，均可在相應(yīng)功率單元上顯示，精確定位故障，方便用戶處理，及時(shí)采取措施，排除故障，提高了設(shè)備的可靠性。
 
圖6變頻器故障記錄與故障診斷界面
5結(jié)束語
        提升機(jī)高壓變頻器應(yīng)用于交流提升機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻電控系統(tǒng)改造及新提升機(jī)電控系統(tǒng)配置，提高了礦山提升機(jī)控制技術(shù)和裝備水平，絞車實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動(dòng)，確保了提升機(jī)高質(zhì)量運(yùn)行，是交流提升機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)展的方向，也得到了越來越多的煤礦認(rèn)同，提升機(jī)變頻器應(yīng)用前景越來越廣闊。