英威腾Goodrive800变频器在某煤矿提升机上的应用

一、引言

   矿井提升机是煤矿、铁矿、有色金属矿生产过程中重要的设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。

   变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内均有很高的效率，节能效果明显。采用变频器对异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以得到广泛应用。  

二、应用环境分析

2.1煤矿提升机系统组成

  矿井提升机的主要结构由电动机、减速箱、盘形制动器、液压站、滚筒、钢丝绳、深度指示器等部分组成；它采用电动机连接减速机驱动滚筒带动钢丝绳从而拉动容器在井筒中升降，完成输送任务，减速和停车时采用液压站配合盘形闸制动，见下图：          

2.2 提升机负载特性

提升机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩；

由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序；

当绞车向下运行在减速段时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量。

绞车在提升重物离开地面时瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制；

由于生产效率的要求，提升机必须具备快速启停提升能力，这对变频器稳定性提出更高要求；

三、系统方案

3.1 英威腾Goodrive800变频器性能介绍

优异的控制性能

可驱动异步电机机和永磁同步电机；

提供VF、开环矢量、闭环矢量三种控制方式；

电机温度检测，实时监控电机温度，同时优化控制性能；

控制单元、功率单元可选择外部独立电源供电或母线供电；

多机柜产品正负母线配置熔断器，有效隔离故障单元，避免故障扩大；

提供STO、SS1、SLS、SBC安全功能保护；

丰富的产品类型

系列提供二极管、可控硅、IGBT PWM整流单元；

系列提供标准变频器单元、逆变单元、LCL PWM滤波单元；

系列提供标准传动和四象限传动柜式产品；

模块化结构设计

模块化设计，采用轮滑结构，方便组装与现场维护；

控制单元与功率单元采用光纤通讯，可靠性强；

单元接线方式上进下出，满足客户共母线方案使用；

标准柜机产品满足单边维护需求；

高可靠性

关键器件采用国际知名品牌长寿命器件；

系统单元之间采用光纤通讯，实现光电隔离；

单元产品散热采用轴流风扇方案，确保但愿产品可靠性；

国际权威认证机构TUV SUD的CE认证测试；

标准柜式产品EMC性能满足C3等级要求；

3.2 方案说明

a)负载为提升机，需要四象限运行（有源前端AFE能量回馈），故选用标准柜式四象限变频器GD800-26，另建议采用闭环矢量模式（需在电机侧加装编码器，将脉冲信号引入到变频器PG卡做闭环处理），提高低频力矩,提升控制精度。

b)GD800-26内置LCL滤波单元、PWM IGBT整流单元、逆变单元及配电和控制部分，功率因数接近于1

c)GD800提供6脉波和12脉波整流连接方式，且内置LCL滤波单元，用于PWM整流器前级滤波，保证了谐波含量满足国标《电能质量 公用电网谐波》  GB/T14549—1993的要求。

3.3 控制实现

本方案中GD800变频器用到多功能输入端子S1、S2、S3、S4，多功能输出端子R01A、RO1C、RO2A、RO2C号，模拟量输入端子AI1，GND,模拟量输出端子AO1，GND。其中S1号和S2号端子定义为变频器的正转，反转端子。S3号和S4号端子在变频器出厂时设置为变频急停和故障复位端子。AI1，GND端子为主控台到变频器的模拟量给定信号，这个信号由主令控制器通过PLC处理后送出，来控制绞车以不同的频率运行。AO1，GND端子为变频器电流输出，这个信号由变频器送到PLC中来显示运行电流。多功能输出端子R01A、RO1C、RO2A、RO2C号为两组常开的继电器输出点（常闭可选）。可以根据客户实际需要设置为变频运行输出，或者故障输出等功能，将此信号与系统的保护回路综合起来，构成完善安全的操作系统，实现提升机高效，安全的运行。另外需要在电动机测安装旋转编码器，将电机运行时产生的脉冲信号反馈到变频器中，变频器设置为有感矢量控制，使控制性能得到明显提升。

图3 系统电气接线图

四、具体使用效果

4.1系统调试

  在确保主电路及控制电路接线正确的情况，系统开始上电调试。

  调试主要包括参数自学习、空载调试及带载调试几个阶段。

  考虑到低频转矩问题，变频器采取闭环矢量控制模式，故调试前需对电机参数进行自学习。参数自学习有静态与动态两种。在负载及减速机无法脱开的情况下，需进行静态参数自学习。自学习前必须正确输入电机的铭牌参数（P2.01-P2.05），自学习后可检测出电机的定子电阻、转子电阻以及电机的漏感。

   设置直接启动开始频率，1HZ可以顺利提升，最小可以设置到0.5HZ；

   带载调试时，先将变频器带轻载在30HZ运行，查看输出电流、电压、转速是否符合要求。重载起车如果有溜车，可以加大定子电阻和空载电流，如果出现速度波动，可以适当调整矢量参数组速度环和电流环参数。最后调试效果达到客户要求。

4.2变频器参数设置

变频器部分关键参数见表2。

表2：  部分参数设置情况表

   本系统变频器具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能，能有效保证系统安全高效的运行。

五、客户评价

   通过煤矿长时间的运行观察和绞车司机的使用反馈，由Goodrive800变频器驱动的全变频煤矿提升机系统运行良好，与传统的交流切电阻提升机电控相比，性能可靠、操作方便、安全性高、四象限运行回馈电网的电能可以迅速收回设备成本。

六、结束语

   变频调速是近年来发展起来的一门新兴的自动控制技术，它利用改变被控对象的电源频率，成功实现了交流电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据电动机的负载情况，使电机始终处于最佳运行状态，在整个调速范围内均有很高的效率，节能效果明显。采用变频器对异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以得到广泛应用，因此，应用矿用提升机专用变频器，对提升机原有控制系统进行改造，将成为历史的必然趋势。

参考文献：

[1] 《Goodrive 800变频器产品说明书》深圳市英威腾股份有限公司