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)進行改造，選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風光牌JD-BP37-400T型高壓變頻器提升系統(tǒng)對主井提升機進行改造。
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高壓提升機變頻器參數(shù)
　　新風光電子公司是國內(nèi)較早的從事提升機變頻器研究的專業(yè)廠家，風光牌高壓提升機變頻器被列入國家火炬計劃，產(chǎn)品榮獲國家重點新產(chǎn)品、山東省科技進步獎，產(chǎn)品被列入國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄第一批名單。
　　風光高壓提升機變頻器采用先進的矢量控制技術(shù)，加速時可以實現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩輸出，加速時間縮小至較短，而減速時，可以控制電機在四象限運行，輸出制動轉(zhuǎn)矩，減速時間縮至較短，同時，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，回饋至電網(wǎng)，從而達到節(jié)能的目的。風光高壓提升機變頻器具體參數(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采用電磁互鎖操動機構(gòu)，實現(xiàn)電磁和機械互鎖。K4為轉(zhuǎn)子側(cè)雙擲開關(guān)，變頻運行時，K4切換到變頻側(cè)，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)雙擲開關(guān)K4后處于短接狀態(tài)；工頻運行時，K4切換到工頻側(cè)，繞線電機轉(zhuǎn)子線圈經(jīng)K4接至原調(diào)速電阻裝置。當K1、K3閉合，K2斷開，K4切換到變頻側(cè)，電機變頻運行；當K1、K3斷開，K2閉合，K4切換到工頻側(cè)，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(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，上一級的高壓斷路器斷開，實現(xiàn)高壓故障連跳功能。
4新風光高壓提升機變頻器系統(tǒng)的特點
　　JD-BP37-400T型高壓提升變頻調(diào)速器采用進口IGBT為主控器件，采用先進的矢量控制調(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。風光牌高壓提升機變頻器，即可用于鼠籠式電機也可用于繞線式電機，即可用于新礦井配套安裝，也可用于老礦井改造。風光6kV高壓提升變頻器，采用若干個低壓逆變器功率單元串聯(lián)的方式實現(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個功率單元，三相共18個單元，采用36脈沖整流，輸入端的諧波成分低于國標規(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位芯片運算來實現(xiàn)，精心設(shè)計的算法可以保證電機達到較優(yōu)的運行性能。人機界面提供友好的全中文監(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。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)，增強了系統(tǒng)的靈活性。控制器及各控制單元板中采用先進的單片機等大規(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CPU，負責管理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。
　　高壓提升變頻器是整個電控系統(tǒng)的一個核心部分，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，同時它又將運行狀態(tài)，包括工作頻率、電機電流、電源電壓、電流及故障信息隨時送給電控系統(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)備報表。變頻器的所有輸入、輸出接口均進行了隔離，避免對變頻器引入干擾。當電機處于負力提升時，變頻器實時檢測進行能量回饋電網(wǎng)。
5高壓提升機變頻器與電控系統(tǒng)的配合
　　高壓提升機變頻器是整個改造系統(tǒng)的一個核心部分，它具有與電控系統(tǒng)相適配的各種接口。配合自動控制的操作臺運行時，電控臺向變頻器發(fā)出“正轉(zhuǎn)運行”、“反轉(zhuǎn)運行”和“變頻急?！比烽_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”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“緊急分斷”分別連入相應(yīng)的控制回路中。絞車上安裝的軸編碼器向電控臺發(fā)出電機轉(zhuǎn)速及絞車位置信號。電控臺接受絞車司機的操作指令。
　　變頻器執(zhí)行電控系統(tǒng)的指令，完成啟動、停止及其加減速的動作。當制動手柄與主令手柄推離零位后，經(jīng)過可編程控制器的運算發(fā)出模擬量信號作為高壓變頻器的模擬輸入給定，同時發(fā)出“正轉(zhuǎn)運行”或“反轉(zhuǎn)運行”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)定好的加速時間進行升速。隨著高壓變頻器輸出頻率由最低升至最高后，提升機進入高速段。當提升容器運行至減速點時，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，提升機從高速階段進入減速段運行。當前速度降至爬行速度時，提升機進入到低速段運行，并保持該速度。提升容器運行到卸載位置時，電控臺進行抱閘操作，同時發(fā)出“變頻器急?！敝噶睿链送瓿梢淮翁嵘^程。
　　整個提升機系統(tǒng)中設(shè)有深度指示失效、限速、過卷、反轉(zhuǎn)、制動油過壓、閘瓦磨損、松繩、速度監(jiān)視、制動油超溫、潤滑油超壓欠壓、變頻器的輕重故障等保護功能。系統(tǒng)能根據(jù)故障性質(zhì)作出響應(yīng)，必要時實施緊急制動或二級制動，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，進行主回路線路改造，然后進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部分。整個改造工程流程如圖5所示：

7基本控制
（1）交流制動。本提升機用變頻器，交流制動對提升系統(tǒng)的安全運行起到重要作用，當重車在中間停車時，檢測到停機信號后給控制器發(fā)出信號，讓變頻器由高頻迅速地降到低頻（1Hz左右），給提升機一低頻制動，讓提升機從高速能較快速地降為低速，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交流制動信號，使提升機靠機械抱閘裝置停穩(wěn)。啟動時，先對提升機施加一交流制動信號，建立啟動力矩，待檢測到機械抱閘信號后發(fā)出信號給控制器去掉交流制動信號，然后由控制器加上啟動電壓讓提升機開始轉(zhuǎn)動。
（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)，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）再生能量通過功率單元來處理，如圖6示：

　　電機處于發(fā)電狀態(tài)，功率單元母線電壓Vbus升高，當母線電壓超過電網(wǎng)電壓的1.1倍時，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，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)諧波小于國家標準。
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)間歇進行，10月份正式投入運行。從目前運行情況看，提升絞車變頻改造后，實現(xiàn)了電動機的真正軟啟動，縮短了提升時間，減少維護工作量，提高了生產(chǎn)效率。大大提高了提升機的安全運行。
　　變頻改造后，提升機絞車運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、電阻器繞線電機電刷等容易損壞的缺點，降低了故障和事故的發(fā)生率，提高了系統(tǒng)的可靠性。
（3）實現(xiàn)了軟啟動、軟停車，減少了機械沖擊，使運行更加平穩(wěn)可靠。
（4）實現(xiàn)了無級平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動態(tài)任意調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速，運行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊。
（5）提升機加減速過程的平穩(wěn)控制，運行過程纜繩擺幅明顯減小，人員升降舒適性明顯提高。
（6）基本無維護工作量，操作簡單，減低了維護人員和操作人員的工作強度。
（7）系統(tǒng)具有更完善的軟硬件保護環(huán)節(jié)。
9結(jié)束語
　　風光高壓提升機變頻器在主井提升機轉(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費用，節(jié)能效果明顯，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速范圍驅(qū)動，是交流提升機電控系統(tǒng)發(fā)展的方向，應(yīng)用前景廣闊。