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[摘 要]在煤矿生产系统中煤矿提升绞车担负着煤矿的运输任务，是提升煤炭、矸石、材料及运送人员的关键设备。全数字变频绞车电控系统能够实现无级调速，降低能耗，故障少，维护方便等良好效果，使煤矿绞车系统迈上了一个新的台阶。
[关键词]绞车；变频；提升
中图分类号：TD633文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0277-01
一、煤矿提升绞车系统中变频的工作原理
变频器是通过改变电机定子供电频率来改变电机的转速，以实现绞车的调速。
1.1 绞车电机作为电动机的过程，即正常的逆变过程。该过程主要由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。其中正常逆变过程是其核心部分，它改变电机定子的供电频率，从而改变输出电压，起到调速作用。
1.2 绞车电机作为发电机的过程，即能量回馈过程。该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。其中该部分的整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。二极管为隔离二极管，其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。电解电容的主要作用是为回馈逆变部分提供—个稳定的电压源，保证逆变部分运行更可靠。回馈逆变部分是整个回馈过程的核部分，该部分实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致。因为回馈逆变输出的是调制波，为保证逆变的正常工作以及减少对电网的污染，加了一个输出滤波部分，使该系统的可靠性更加稳定。见于矿区电压的波动性可能比较大的事实，由于变频器的回馈条件是要和电网电压有一个固定电压差值，假若某时刻网电电压比较高，再加上回馈时的固定电压差值，此时变频器的母线电压就会达到一个比较高的电压值，如果再有重车下滑，则母线电压会更高，此时的高电压就有可能威胁到变频器的大功率器件的安全，为此，该系统又加了—个刹车部分，以保证变频器的安全。
二、变频调速系统设计
2.1 电源柜电源柜主要通过隔离开关向变频器、提升机供电，同时为PLC控制台、操作控制台提工作电源。
2.2 变频器容量的选择。电机平均起动转矩一般为额定转矩的1.7倍，考虑到电源电压波动及需要通过1lIY7～额定负载的动载试验要求等因素，其最大转矩应是负载转矩的1.9倍，考虑确保安全使用，为此可通过提高变频器容量来获得200%负载力矩值，变频器输出电源中含有～定量的高次谐波，它会使电动机内部产生谐波损耗，出力下降，其电流应有所增加。
2.3 变频器的选择。绞车升降的运转具有较大惯性，四象限运行的特点，与其他传动机械相比对变频器有着更为苛刻的安全和I生能上的要求，它可以对所有交流电动机的核心变量进行控制，并把定子磁通、转矩作为主要控制变量。高速信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机状态更新，对负载的变化和瞬时掉电，能做出迅速响应。并具有有效的磁通制动来提供最大可能的制动力矩。
2.4 制动电阻的选择。当绞车重载下降时，由于重力加速度的原因，电机的旋转速度将超过变频器输出频率所对应的同步转速，电机处于发电制动状态，负载的机械能将被转换成电能，并被反馈给变频器。变频器直流回路的电容因充电而使电压升高，为不使电压过高而导致变频器的过压保护电路动作切断变频器的输出，控制电路中还应加入制动电阻，这样可通过电阻制动，有效地实现电机的制动和减少减速时间，保证重物就位的可靠性。当变频器的直流电路的电压超过特定的极限值时，制动电阻就开始工作。
三、先进的电机控制方式
3.1 逆变器的通断直接控制电机关键的变量：磁通和转矩。测量的电机电流和电压作为自适应电机模型的输入，这个模型每隔25微秒产生一组精确的转矩和磁通的实际值。
3.2 辨识运行直接转矩控制的完美的性能是基于准确的电机模型，这个模型是在电机辨识运行中确立的：在传动启动过程中，变频器带动电机运行约一分钟。控制电路监视在运行中电机的反应，建立并优化电机的数学模型。
3.3 零转速满转矩变频器带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩。
3.4 直流励磁。当选择了直流励磁功能后，变频器在启动前可自动给电机励磁，这个特陛保证有足够高的启动转矩，甚至200%的电机额定转矩。例如，通过调整预励磁时间，有可能在机械抱闸释放的时候已经建立起转矩以保持电机不会转动。
3.5 自动启动。变频器的自动启动功能超过一般变频器的提升启动和积分启动的性能。DTC控制方式动态性能良好，能在几毫秒测出電机的状态，在任何条件下追踪启动。
3.6 磁通制动。变频器能通过提高电机的磁场来提供足够决的减速。当增加电机磁通后，电机在制动过程中产生的能量能够被转化为电机的发热能量。变频器持续监视电机的状态，在磁通制动时也不停止监视。因此，磁通制动也能用于停止电机和从一个转速变换到另一个转速。后者用直流注入制动是不可能实现的。磁通制动与直流注入制动相比还有其它一些优点：1）在停止命令给出后，制动迅速启动。在直流注入制动中，在停止命令给出后通常有500ms延时，制动才能启动。2）电机冷却的斜率更高。在磁通制动过程中电机定子的电流增加。在直流注入制动过程中电机的转子电流增加。定子比转子冷却的斜率更高。
3.7 磁通优化变频器的磁通优化减少了总能耗，并且减小了当传动运行在低于额定负载时的电机噪音。总效率能提高1%到10%，大小取决于负载转矩和速度。
四、变频调速应用效果
4.1 新型变频调速器具有能量回馈功能，将提升绞车下放时的机械能转换成电能回馈到电网。同时消除了调速时电阻能耗所产生的发热。节电效果明显。改造前后通过电能计量统计，节电率可达30%～35%。
4.2 调速范围广，实现无级调速。从起步、加速、等速到减速停车，全过程变速均匀，消除了阶梯变速的现象，使提升容器的起步，停车运行平稳，减少机械冲击，提高了安全系数。
4.3 启动电流小，起步平稳。电机在低频率下启动，电流小，对电网及机械没有冲击。加减速过程中电机控制平稳，速度不随负载的变化而有变化。
4.4 故障少，减少了维护工作量，降低维修成本。同时也没有了电阻的发热，改善了作业环境。
4.5 机械制动与安全回路配合可靠，当系统出现紧急情况或突然停电时，变频调速系统能够发出指令，自动实现机械制动，最大限度的保障了安全。机械制动时变频调速系统不会出现过载、过流等现象，可以实现重物的上升中途停车或平稳起步。
4.6 操作简便、易于掌握，设备振动小，噪声降低。
[关键词]绞车；变频；提升
中图分类号：TD633文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0277-01
一、煤矿提升绞车系统中变频的工作原理
变频器是通过改变电机定子供电频率来改变电机的转速，以实现绞车的调速。
1.1 绞车电机作为电动机的过程，即正常的逆变过程。该过程主要由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。其中正常逆变过程是其核心部分，它改变电机定子的供电频率，从而改变输出电压，起到调速作用。
1.2 绞车电机作为发电机的过程，即能量回馈过程。该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。其中该部分的整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。二极管为隔离二极管，其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。电解电容的主要作用是为回馈逆变部分提供—个稳定的电压源，保证逆变部分运行更可靠。回馈逆变部分是整个回馈过程的核部分，该部分实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致。因为回馈逆变输出的是调制波，为保证逆变的正常工作以及减少对电网的污染，加了一个输出滤波部分，使该系统的可靠性更加稳定。见于矿区电压的波动性可能比较大的事实，由于变频器的回馈条件是要和电网电压有一个固定电压差值，假若某时刻网电电压比较高，再加上回馈时的固定电压差值，此时变频器的母线电压就会达到一个比较高的电压值，如果再有重车下滑，则母线电压会更高，此时的高电压就有可能威胁到变频器的大功率器件的安全，为此，该系统又加了—个刹车部分，以保证变频器的安全。
二、变频调速系统设计
2.1 电源柜电源柜主要通过隔离开关向变频器、提升机供电，同时为PLC控制台、操作控制台提工作电源。
2.2 变频器容量的选择。电机平均起动转矩一般为额定转矩的1.7倍，考虑到电源电压波动及需要通过1lIY7～额定负载的动载试验要求等因素，其最大转矩应是负载转矩的1.9倍，考虑确保安全使用，为此可通过提高变频器容量来获得200%负载力矩值，变频器输出电源中含有～定量的高次谐波，它会使电动机内部产生谐波损耗，出力下降，其电流应有所增加。
2.3 变频器的选择。绞车升降的运转具有较大惯性，四象限运行的特点，与其他传动机械相比对变频器有着更为苛刻的安全和I生能上的要求，它可以对所有交流电动机的核心变量进行控制，并把定子磁通、转矩作为主要控制变量。高速信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机状态更新，对负载的变化和瞬时掉电，能做出迅速响应。并具有有效的磁通制动来提供最大可能的制动力矩。
2.4 制动电阻的选择。当绞车重载下降时，由于重力加速度的原因，电机的旋转速度将超过变频器输出频率所对应的同步转速，电机处于发电制动状态，负载的机械能将被转换成电能，并被反馈给变频器。变频器直流回路的电容因充电而使电压升高，为不使电压过高而导致变频器的过压保护电路动作切断变频器的输出，控制电路中还应加入制动电阻，这样可通过电阻制动，有效地实现电机的制动和减少减速时间，保证重物就位的可靠性。当变频器的直流电路的电压超过特定的极限值时，制动电阻就开始工作。
三、先进的电机控制方式
3.1 逆变器的通断直接控制电机关键的变量：磁通和转矩。测量的电机电流和电压作为自适应电机模型的输入，这个模型每隔25微秒产生一组精确的转矩和磁通的实际值。
3.2 辨识运行直接转矩控制的完美的性能是基于准确的电机模型，这个模型是在电机辨识运行中确立的：在传动启动过程中，变频器带动电机运行约一分钟。控制电路监视在运行中电机的反应，建立并优化电机的数学模型。
3.3 零转速满转矩变频器带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩。
3.4 直流励磁。当选择了直流励磁功能后，变频器在启动前可自动给电机励磁，这个特陛保证有足够高的启动转矩，甚至200%的电机额定转矩。例如，通过调整预励磁时间，有可能在机械抱闸释放的时候已经建立起转矩以保持电机不会转动。
3.5 自动启动。变频器的自动启动功能超过一般变频器的提升启动和积分启动的性能。DTC控制方式动态性能良好，能在几毫秒测出電机的状态，在任何条件下追踪启动。
3.6 磁通制动。变频器能通过提高电机的磁场来提供足够决的减速。当增加电机磁通后，电机在制动过程中产生的能量能够被转化为电机的发热能量。变频器持续监视电机的状态，在磁通制动时也不停止监视。因此，磁通制动也能用于停止电机和从一个转速变换到另一个转速。后者用直流注入制动是不可能实现的。磁通制动与直流注入制动相比还有其它一些优点：1）在停止命令给出后，制动迅速启动。在直流注入制动中，在停止命令给出后通常有500ms延时，制动才能启动。2）电机冷却的斜率更高。在磁通制动过程中电机定子的电流增加。在直流注入制动过程中电机的转子电流增加。定子比转子冷却的斜率更高。
3.7 磁通优化变频器的磁通优化减少了总能耗，并且减小了当传动运行在低于额定负载时的电机噪音。总效率能提高1%到10%，大小取决于负载转矩和速度。
四、变频调速应用效果
4.1 新型变频调速器具有能量回馈功能，将提升绞车下放时的机械能转换成电能回馈到电网。同时消除了调速时电阻能耗所产生的发热。节电效果明显。改造前后通过电能计量统计，节电率可达30%～35%。
4.2 调速范围广，实现无级调速。从起步、加速、等速到减速停车，全过程变速均匀，消除了阶梯变速的现象，使提升容器的起步，停车运行平稳，减少机械冲击，提高了安全系数。
4.3 启动电流小，起步平稳。电机在低频率下启动，电流小，对电网及机械没有冲击。加减速过程中电机控制平稳，速度不随负载的变化而有变化。
4.4 故障少，减少了维护工作量，降低维修成本。同时也没有了电阻的发热，改善了作业环境。
4.5 机械制动与安全回路配合可靠，当系统出现紧急情况或突然停电时，变频调速系统能够发出指令，自动实现机械制动，最大限度的保障了安全。机械制动时变频调速系统不会出现过载、过流等现象，可以实现重物的上升中途停车或平稳起步。
4.6 操作简便、易于掌握，设备振动小，噪声降低。