惠丰变频器利用能量回馈在金矿卷扬中的应用
本文介绍了单沟提升机变频器的工作原理，阐述了该类变频器制作上的难点，指出了回馈制动在变频器制作上的重要意义。通过现场应用，展示了提升机变频器广阔的应用前景。
关键词： 能量回馈 变频器 回馈制动
1 引言
在金矿企业的生产中，矿井提升机担负着提矿、运料的繁重任务，在整个生产中占据着比较重要的位置。惠丰电子有限公司应煤矿的要求，在研制提升机变频器方面作了相当大的努力。通过不断地进行技术革新，成功地开发了矿山提升机专用变频系统JX709。
矿山提升机专用变频器，是根据金矿机电设备的改造要求，结合提升机的运行特点，在普通变频器基础上研制生产的一种新型专用产品。该类变频器最显著的特点是要求四象限运行，能够正确合理地处理重物下放及急停情况下的能量回馈问题，这也是该类变频器的重点及难点。公司的技术人员根据这一特点，采用回馈制动、能耗制动或超级电容吸收技术，成功地解决了这一难题，是国产变频器中目前能将再生发电能量回送电网的厂家之一。该产品自投放市场以后，在无级平滑调速、运行平稳可靠及节能方面都取得了良好的经济效益与社会效益，深受广大用户的青睐与好评。
能量回馈提升机变频操控系统JX709是在原JX708卷扬提升机变频系统的基础上，开发的另一提升机系列产品之一。能量回馈卷扬系统的一个最显著的特点就是回馈能量大，在下放过程中只要离开井口，矿车即拖着电动机靠重力下放，从而超过同步转速而发电，因而整个下放过程都是处于发电状态，其能量的回馈是相当大的，这也是做好提升机变频器的难点所在，如何处理好这部分能量，以保证变频器可靠的工作，是该类变频器的关键。
惠丰利用自己在JX708卷扬系统积累的经验，采用独立的回馈单元，用同步信号PWM控制的方式，较好地实现了发电的能量回送电网的目的，使变频器运行平稳，安全可靠，并已有数十台在现场获得了应用。从应用效果看，变频器运行稳定，节能显著。
2 JX709卷扬操控系统应用变频调速技术的优点
JX709卷扬操控系统应用变频调速技术，与变频改造前的控制系统比较优越性体现在以下几个方面:
(1) 实现了软启动、软停车，减少了机械冲击，使系统运行更加平稳可靠。
(2) 调速连续方便，可分段予置，连续调节。
(3) 起动及加速换挡时冲击电流很小，减轻了对电网的冲击，简化了操作、降低了工人的劳动强度。
(4) 运行速度曲线可调，使加减速平滑、无撞击感。
(5) 安全保护功能齐全，除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外，还设有连锁保护、自动限速保护功能等。
(6) 甩掉了原系统加速用的转子串电阻、交流接触器及时间继电器等，提高了系统的可靠性，操作人员的工作环境也大为改善。
(7) 设有直流制动、能耗制动、及回馈制动等多种制动方式，使安全性更加可靠。
(8) 该系统四象限运行，回馈能量直接回送电网，且不受回馈能量大小的限制，适应范围广，节能效果更加明显。
3 JX709卷扬操控系统的工作原理
针对金矿卷扬提升的运行工作特点，按照严格的工业标准设计，惠丰制造出JX709卷扬操控系统，把制动电路、回馈电路、滤波器、线路电抗器和PLC等集成到变频器中，增强了整机的可靠性。
卷扬变频器为交－直－交电压型变频调速系统，原理图如图1所示。
图一
该系统的运行过程主要分为两个过程:
(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，如图1所示。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。
(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，如图1所示。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D1和D2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E2的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压源，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心部分，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，另加了一个输出滤波部分，使该系统的可靠性更加稳定。
4 金矿变频卷扬的特点
金矿卷扬具有回馈能量大的特点，采用独立的回馈单元，按重车满负荷下放的最大限度来选取制动模块和回馈模块。
当电机发电母线电压升高时，启动回馈单元向电网回馈或启动刹车单元，将能量泄放掉。由于回馈能量大，为保证器件的安全，可同时启动回馈单元或刹车单元。
这里要注意几点:
(1) 刹车界限要调整适当，该电路应主要以回馈为主，若刹车过早，刹车电阻会长期工作，造成不必要的能耗浪费，刹车电阻也会因长期过热而损坏，一旦损坏，则后果严重，将造成整个变频器工作的不安全。
(2) 由于回馈输出的是经过调制的PWM波形，为了与电网尽量一致，其相位控制相当重要，要保证输出的波形与电网严格同步。另外，必要的LC滤波也是十分重要的，不然，将对电网造成污染，回馈量越大，其滤波系数也越大。
(3) 在回馈控制板上有一个显示接口，从此端接入一个显示板，可监测基准电压和母线电压，对安装调试比较方便。
5 金矿卷扬的基本控制要求
(1) 运行速度的控制为了减少运行过程中的机械冲击，在提升机启动和停止过程中，做到加速度连续，因不同的频率，对应不同的加减速速率，在本装置的控制中，将不同频率时的加减速速率规划成一个表格，运行中用查表的方法确定对应频率时的加减速速率，使提升机平滑运行，减少机械冲击。
(2) 自动限速保护在运行到终点时，由限速开关给出减速信号，PLC检测到减速信号后发送给控制器，由控制器启动自动减速程序，使工作频率按设定要求逐步变为低速运行。提升机带有测速发电机，当测速发电机给出超速信号，PLC检测该信号发送给控制器，进入自动减速运行。
(3) 直流制动主令控制器给出“正转”或“反转”命令后，如果没有给出“松闸”信号，变频器会在电机上施加直流制动转矩，确保松开制动闸过程中重车不下滑。在给 出“松闸”信号后，变频器开始运行。制动油泵启动后，若不小心松开制动闸触动“松闸”行程开关，变频器接收到“松闸”信号，同时在电机上施加直流制动转矩，确保重车不下滑。
当重车在井筒中间停车时，变频器由高速至停机后，随之施加直流制动转矩使电机停止转动，当机械制动起作用后，方去掉直流制动，使重车靠机械抱闸的作用停止。
7 结束语
1、 节电率大幅上升，可以达到30%～50%。
2、 运行稳定可靠、操作更加方便。
3、可以使用到油田抽油机、离心机等大惯性负载中。
矿用提升机采用变频改造，尤其是JX709卷扬操控系统的改造成功，为变频器在起重设备上的应用提供了典范。据国内资料显示，在国产变频器中，真正使用回馈制动的寥寥无几。就是变频器在提升机上的应用也相当少，因此大面积的推广卷扬操控系统，对变频器的生产来说无疑将会是一个巨大的市场。