淺談高壓提升機變頻器在煤礦副井上的應(yīng)用
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控制器核心由高速32位數(shù)字信號處理器（DSP）運算來實現(xiàn)，精心設(shè)計的算法可以保證電機達到最優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置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)，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要，增強了系統(tǒng)的靈活性。
數(shù)字信號處理器（DSP）相對于模擬信號處理有很大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在精度高、靈活性大、可靠性好、易于集成、易于存儲等方面。傳數(shù)字信號處理是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。高性能DSP不僅處理速度快，而且可以無間斷的完成數(shù)據(jù)的實時輸入與輸出。DSP結(jié)構(gòu)相對單一，普遍采用匯編編程，其處理完成時間的可預(yù)測性要比結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜、依賴于編譯系統(tǒng)的普通微處理器強的多。
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，同時具有很好的抗電磁干擾性能，并且各個功率單元的控制電源采用一個獨立于高壓系統(tǒng)的統(tǒng)一控制器，方便調(diào)試、維修、現(xiàn)場培訓(xùn)，增強了系統(tǒng)的可靠性。
3.6控制電源
控制器有一套獨立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點的波形與加高壓情況基本相似，給整機可靠性、調(diào)試、培訓(xùn)帶來了很大方便。
系統(tǒng)采用三次諧波補償技術(shù)提高了電源電壓利用率，利用了調(diào)制信號預(yù)畸變技術(shù)，使電壓利用率近似于1.系統(tǒng)還采用了先進的載波移相技術(shù)，它的特點是單元輸出的基波相疊加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。多個單元迭加后的理論輸出波形如圖4所示（圖中是六單元疊加）。
圖4 6個單元輸出疊加后的波形
3.7基本控制功能及特點
3.7.1直流制動
本提升機用變頻器，直流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用，當(dāng)重車在中間停車時，PLC檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號，讓提升機由高速平滑地降到低速，然后由控制器發(fā)出直流制動信號，使提升機停止，待PLC檢測到機械制動起作用的信號后，PLC發(fā)出信號讓控制器去掉直流制動信號，使提升機靠機械抱閘一類的裝置起作用。啟動時，先對提升機施加一直流制動信號，PLC檢測到機械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉直流制動信號，然后由控制器加上啟動電壓讓提升機開始轉(zhuǎn)動。
3.7.2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(xù)，因不同的頻率，對應(yīng)不同的加減速速率，在本裝置的控制中，將不同頻率時的加減速速率規(guī)劃成一個表格，運行中用查表的方法確定對應(yīng)頻率時的加減速速率，使提升機平滑運行，減少機械沖擊。
3.7.3自動限速保護
在運行到終點時，由限速開關(guān)給出減速信號，PLC檢測到減速信號后發(fā)送給控制器，由控制器啟動自動減速程序，使工作頻率按設(shè)定要求逐步變?yōu)榈退龠\行。提升機帶有測速發(fā)電機，當(dāng)測速發(fā)電機給出超速信號，PLC檢測該信號發(fā)送給控制器，進入自動減速運行。PLC主要是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機械的生產(chǎn)過程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。
3.7.4再生能量處理
圖5 再生能量處理示意圖
再生能量通過功率單元來處理，見圖5所示。電機處于發(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，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，電動機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，具有對電網(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5%.比較器是對兩個或多個數(shù)據(jù)項進行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。比較器的兩路輸入為模擬信號，輸出則為二進制信號，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時，其輸出保持恒定。
注：1對高壓變頻器而言，輸入電流諧波和輸出電壓諧波是關(guān)鍵指標(biāo)，這兩項指標(biāo)經(jīng)國家權(quán)威部門的檢測，均達到國標(biāo)GB/14549-93和國際IEEEStd519-1992的標(biāo)準(zhǔn)。
2國家權(quán)威部門的檢測共有17項，全部合格，檢測日期是2002年11月。
3國家權(quán)威部門天津發(fā)配電及電控設(shè)備檢測所和國家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心。
4現(xiàn)場試驗情況及運行性能
4.1負(fù)載特性試驗
由于副井絞車提升負(fù)載情況比較復(fù)雜，因此，在調(diào)速階段進行了多種試驗，以檢驗變頻器的性能。
4.1.1爬行速度試驗
全程速度為0.25m/s，運行平穩(wěn)。
4.1.2提升常規(guī)物料試驗
全速提升或下放，起車加速階段、等速、減速、爬行各階段運行良好。
4.1.3提升人員運行試驗全速提升或下放
在起車加速、勻速、減速、爬行等各階段運行良好。人員在罐籠內(nèi)乘坐時，加、減速階段重力增加和失重的感覺幾乎沒有，速度控制的各個階段運行感覺較為平穩(wěn)。
4.1.4重載試驗
（1）上提：試驗低速爬行的拖動能力。負(fù)載在井口時上提爬行速度約為0.15m/s；下放到井底后再次上提（重物在井底又增加了168×2米鋼絲繩約1噸重），采用合適的低頻補償量后正常起動，爬行速度約為0.15m/s.重物上提全程運行時間由通常負(fù)載的54s增加65s，原因是低速爬行速度在重載條件下，爬行速度有所下降（由0.25m/s降為0.15m/s），造成了運行時間比常規(guī)提升重量狀態(tài)下運行時間有所增加。重物上提速度為5.77m/s（頻率為50.3Hz）；下放速度為5.88m/s（頻率為49.92Hz）。
（2）下放：低速爬行、加速、勻速、減速整個過程很正常，符合要求。
重載提升（下放）試驗證明，變頻拖動系統(tǒng)提升力矩可滿足系統(tǒng)設(shè)計提升力矩要求。
4.2運行性能
（1）電流為雙向流動。
（2）抗擾性能強。在提升機的加、減速階段，直流電源電壓的最大動態(tài)降落或電壓超調(diào)不超過10%，擾動恢復(fù)時間不超過1秒。
（3）靜態(tài)功率因數(shù)穩(wěn)定，小于5%.
（4）交流側(cè)諧波電流小，符合IEEE519規(guī)定，小于4%.
（5）變頻器在啟動過程中，啟動電流小于1.3倍額定電流。
5結(jié)論
蘭花集團唐安煤礦副井采用我公司生產(chǎn)的高壓提升機變頻器調(diào)速以后，調(diào)速精度高，噪聲污染消失，操作也方便，深受現(xiàn)場操作工的歡迎；更重要的是絞車運行可靠，而且節(jié)電效果顯著，具有非常明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
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