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【摘要】本文主要阐述了矿井提升机防爆变频电控系统的参数，AFE能量回馈系统主要技术原理、谐波治理、自动化控制原理、主要保护功能等问题。
【关键词】矿井提升机；防爆；变频电控系统
矿井提升机防爆变频电控系统的核心设备采用BPJ7系列矿用隔爆兼本质安全型交流变频器，配套矿用隔爆兼本安型PLC控制箱、本安型操作台、隔爆显示屏等设备，防爆变频器为AFE 四象限运行，通过可编程控制器、操作显示台、现场传感设备等作用于变频器闭环调节系统来控制大功率晶闸管元件，在电动机的启动、运行和停止过程中，要按预设的曲线对电动机进行自动控制，并保证加速时间、加速度、速度控制在设定范围内，使其平滑可靠完成运行过程。
1、参数
（1）输入电源电压AC660V/1140V，频率50Hz；电压许可波动范围－15% ~＋10%；
（2）频率许可波动范围±2.5%；
（3）输出频率范围0~50Hz可调；
（4）额定输出功率：30~450kW；
（5）过载能力1.5IN，2mln，2IN，1min；
（6）有较高的功率因数cosφ＞0.98；
（7）低频运转时，有自动转矩提升功能，可确保100%的额定转矩；
（8）变频器设有过压、欠压、过流、过载，功率元件过热和电动机缺相等保护，设置故障记忆功能，可保留最近10次故障的功能号码和最后一次故障的参数；
（9）总谐波含量小于5%。
2、AFE 能量回馈系统主要技术原理
AFE能量回馈系统的主要技术原理见图1。
2.1、采用AFE 自换向变频新技术，可使提升机在减速段或重物下放操作时系统可自动转入发电反馈状态，使制动更的平稳，操作更加简单，大幅提高安全可靠性能。
2.2、网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，可大幅减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量不大于5%。
2.3、网侧变频器采用单独的CPU实施PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测并控制，使系统的功率因数一般在1左右。在提升机进入发电状态时，能量从逆变器返回到直流母线，系统马上控制交流输入电流的相位与电源电压相位相反，能量回馈至电网。
2.4、能量反馈，节省电能。在绞车作重物下放操作时，电动机变为发电机状态运行，此时系统可自动把电动机发出的再生能量反馈至供电电网，与原电阻调速系统相比，能有效节省电能。制动力矩也增大，可确保提升机下放时的安全可靠性。
3、谐波治理
通用变频器的主电路通常是交—直—交组成，外部输入50Hz的工频电源经三相桥路半控或不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规范的矩形波，具有高次谐波，谐波可能导致以下几个问题：一是干扰电网上其他用电设备，尤其是非常精密的设备；二是谐波导致的额外的损耗要从电网取得，同一设备需要功率增大；三是谐波可能造成较高的电压尖刺，这对机械设备的绝缘有害；四是可能增加供电变压器的损耗；五是这会使无功补偿电容过热。
四象限变频器因采用AFE整流回饋系统，输入电流波形是正弦波，能彻底消除谐波，因其检测信号的精度和控制精度的影响，在具体应用中还有少量谐波，要匹配各类谐波抑制装置，把谐波含量降至最小。一是输入EMC滤波器，以降低高频电磁的干扰；二是磁环，它能降低部分高频的干扰；三是输入电抗器，以降低三相电压不平衡和输入侧谐波干扰，与输入AFE整流回馈系统配合，完成正弦波输入系统；四是输入AFE整流回馈单元，与输入电抗器配合，完成正弦波输人系统。五是输出电抗器，以减轻乃至避免电动机运行噪声，减轻电动机的发热。
4、自动化控制原理
PLC控制箱是自动化控制的核心设备，PLC系统接受一切来自现场的传感信号及变频器的运行参数，进行精确的行程计算，也为提升机系统提供上位监控、装卸载控制、信号连通等连接功能。
运用PLC自动控制和现场操作台后，提升机的烦琐操作变为简单可靠，操作技术人员仅用主令控制手把就能进行提升机的启动、等速、减速、爬行和重物下放。操作比较简便，还可以减轻操作技术人员的强度。
双加/减速时间要按照提人和提物的选择改变变频器内的加速度、减速度的各种数值。
5、主要保护功能
5.1电控系统主要保护
（1）过卷：过卷开关动作或PLC计算高度过卷，提升机必须紧急制动。
（2）提升机过速：提升机运行速度高于最大速度的15%，提升机必须紧急制动；限速保护：提升容器到达终端位置时大于限值，提升机必须紧急制动。
（3）过负荷和欠电压：提升机必须紧急制动；深度指示器失效：在指示器失效时，提升机必须紧急制动；闸间隙保护装置：在闸间隙大于规定值时，应自动报警；松绳保护：在钢丝绳松弛时应自动断电并报警。
（4）运行方向错误：提升机运行方向、速度与给定不同，提升机必须紧急制动。
（5）操作台紧急停车：提升机必须紧急制动；信号系统紧急停车：提升机必须紧急制动；变频调速装置故障：提升机必须紧急制动。
（6）减压站故障：提升机必须紧急制动；主电动机温度报警：要闭锁提升机；主轴承温度报警：要闭锁提升机；制动油温：要闭锁提升机。
（7）矿车掉道保护：提升机必须紧急制动。
5.2变频调速装置自身主要保护功能
（1）电动机过载保护：1.2Ie过载2min变频调速装置动作，提升机必须制动。
（2）欠/过压保护：提升机必须紧急制动。
（3）断相保护：提升机必须紧急制动。
（4）瞬时断电保护：提升机紧急制动，再送电系统不可自启。
【关键词】矿井提升机；防爆；变频电控系统
矿井提升机防爆变频电控系统的核心设备采用BPJ7系列矿用隔爆兼本质安全型交流变频器，配套矿用隔爆兼本安型PLC控制箱、本安型操作台、隔爆显示屏等设备，防爆变频器为AFE 四象限运行，通过可编程控制器、操作显示台、现场传感设备等作用于变频器闭环调节系统来控制大功率晶闸管元件，在电动机的启动、运行和停止过程中，要按预设的曲线对电动机进行自动控制，并保证加速时间、加速度、速度控制在设定范围内，使其平滑可靠完成运行过程。
1、参数
（1）输入电源电压AC660V/1140V，频率50Hz；电压许可波动范围－15% ~＋10%；
（2）频率许可波动范围±2.5%；
（3）输出频率范围0~50Hz可调；
（4）额定输出功率：30~450kW；
（5）过载能力1.5IN，2mln，2IN，1min；
（6）有较高的功率因数cosφ＞0.98；
（7）低频运转时，有自动转矩提升功能，可确保100%的额定转矩；
（8）变频器设有过压、欠压、过流、过载，功率元件过热和电动机缺相等保护，设置故障记忆功能，可保留最近10次故障的功能号码和最后一次故障的参数；
（9）总谐波含量小于5%。
2、AFE 能量回馈系统主要技术原理
AFE能量回馈系统的主要技术原理见图1。
2.1、采用AFE 自换向变频新技术，可使提升机在减速段或重物下放操作时系统可自动转入发电反馈状态，使制动更的平稳，操作更加简单，大幅提高安全可靠性能。
2.2、网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，可大幅减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量不大于5%。
2.3、网侧变频器采用单独的CPU实施PID控制，对网侧交流电流的大小和相位进行实时检测并控制，使系统的功率因数一般在1左右。在提升机进入发电状态时，能量从逆变器返回到直流母线，系统马上控制交流输入电流的相位与电源电压相位相反，能量回馈至电网。
2.4、能量反馈，节省电能。在绞车作重物下放操作时，电动机变为发电机状态运行，此时系统可自动把电动机发出的再生能量反馈至供电电网，与原电阻调速系统相比，能有效节省电能。制动力矩也增大，可确保提升机下放时的安全可靠性。
3、谐波治理
通用变频器的主电路通常是交—直—交组成，外部输入50Hz的工频电源经三相桥路半控或不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规范的矩形波，具有高次谐波，谐波可能导致以下几个问题：一是干扰电网上其他用电设备，尤其是非常精密的设备；二是谐波导致的额外的损耗要从电网取得，同一设备需要功率增大；三是谐波可能造成较高的电压尖刺，这对机械设备的绝缘有害；四是可能增加供电变压器的损耗；五是这会使无功补偿电容过热。
四象限变频器因采用AFE整流回饋系统，输入电流波形是正弦波，能彻底消除谐波，因其检测信号的精度和控制精度的影响，在具体应用中还有少量谐波，要匹配各类谐波抑制装置，把谐波含量降至最小。一是输入EMC滤波器，以降低高频电磁的干扰；二是磁环，它能降低部分高频的干扰；三是输入电抗器，以降低三相电压不平衡和输入侧谐波干扰，与输入AFE整流回馈系统配合，完成正弦波输入系统；四是输入AFE整流回馈单元，与输入电抗器配合，完成正弦波输人系统。五是输出电抗器，以减轻乃至避免电动机运行噪声，减轻电动机的发热。
4、自动化控制原理
PLC控制箱是自动化控制的核心设备，PLC系统接受一切来自现场的传感信号及变频器的运行参数，进行精确的行程计算，也为提升机系统提供上位监控、装卸载控制、信号连通等连接功能。
运用PLC自动控制和现场操作台后，提升机的烦琐操作变为简单可靠，操作技术人员仅用主令控制手把就能进行提升机的启动、等速、减速、爬行和重物下放。操作比较简便，还可以减轻操作技术人员的强度。
双加/减速时间要按照提人和提物的选择改变变频器内的加速度、减速度的各种数值。
5、主要保护功能
5.1电控系统主要保护
（1）过卷：过卷开关动作或PLC计算高度过卷，提升机必须紧急制动。
（2）提升机过速：提升机运行速度高于最大速度的15%，提升机必须紧急制动；限速保护：提升容器到达终端位置时大于限值，提升机必须紧急制动。
（3）过负荷和欠电压：提升机必须紧急制动；深度指示器失效：在指示器失效时，提升机必须紧急制动；闸间隙保护装置：在闸间隙大于规定值时，应自动报警；松绳保护：在钢丝绳松弛时应自动断电并报警。
（4）运行方向错误：提升机运行方向、速度与给定不同，提升机必须紧急制动。
（5）操作台紧急停车：提升机必须紧急制动；信号系统紧急停车：提升机必须紧急制动；变频调速装置故障：提升机必须紧急制动。
（6）减压站故障：提升机必须紧急制动；主电动机温度报警：要闭锁提升机；主轴承温度报警：要闭锁提升机；制动油温：要闭锁提升机。
（7）矿车掉道保护：提升机必须紧急制动。
5.2变频调速装置自身主要保护功能
（1）电动机过载保护：1.2Ie过载2min变频调速装置动作，提升机必须制动。
（2）欠/过压保护：提升机必须紧急制动。
（3）断相保护：提升机必须紧急制动。
（4）瞬时断电保护：提升机紧急制动，再送电系统不可自启。