摘要：本文分析了礦井提升機的運行特點，詳細闡述了英威騰CHV190 系列起重提升專用變頻器用于永磁同步電動機驅動的節能型礦井提升機的選型配置原則，最后介紹了應用現場的調試步驟及注意事項。

關鍵詞: 英威騰CHV190系列起重提升專用變頻器  節能型礦井提升機  永磁同步電機

INVT CHV190 Series Inverter Applied to Mine Hoist Drived by PMSM

一．  引言 

      礦井提升機是礦井運輸的主要環節，主要任務是提升井下的矸石、煤和廢石，同時還要運送人員、設備和材料。因此礦井提升機工藝對電氣傳動的要求是很高的，主要表現在：提升機電氣傳動的可靠性，不僅關系到礦井的生產能力和生產計劃管理，而且直接關系到井下每個礦工的生命安全，電控設備的任何故障都可能造成人身事故和整個礦井停產；必須滿足提升機力圖要求并能在四象限平滑運行；能夠頻繁進行正向、反向、啟動、運行、停車、制動，能按一定的速度圖運行；負載屬于恒轉矩負載。

1. 行業現狀

      目前國內提升機電控絕大多數還是轉子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器－接觸器系統，技術落后，存在的問題很多；例如：①轉子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費；②電阻分級切換，為有級調速，設備運行不平穩，容易引起電氣及機械沖擊；③繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高；④交流繞線異步電動機的滑環存在接觸不良問題，容易引起設備事故；⑤不能達到穩定的低速爬行，最后導致停車位置不準，不能正常裝卸載。

2. 發展趨勢

（1）隨著國家出臺一系列節能降耗、發展低碳經濟相關政策，各大煤炭企業將不得不淘汰掉那些高耗能、高污染、生產技術落后的設備。礦井提升機作為生產重要設備，除高耗能以外，還有著工作結構復雜、危險程度大等突出問題，因此，技術落后、設備陳舊逐漸不能滿足發展要求，取而代之的將會是節能環保、安全高效的全數字化生產模式。全數字化礦井提升機控制系統結構如圖 1所示。

（2）使用變頻器調速的礦井提升機，可以實現啟動時的軟啟動、軟停車，減輕對電網的沖擊；可根據負載需要，自動輸出合適的功率大大降低了不必要的能量耗損；調速平滑連續，使運行更加安全、穩定、高效。據此，變頻器以其獨特的優勢在提升機行業的應用也迎來了發展的新時期。

（3）永磁同步電動機（PMSM）是節省能源最有效的電動機。電動機幾乎消耗了許多國家工業用電的2／3。出于節能和環保考慮．包括我國在內的世界上許多國家對電動機系統的節能均給予了高度重視。PMSM無需從電網吸取無功電流建立氣隙磁場，無激磁損耗。從而顯著提高了效率和功率因數，比異步電動機具有更顯著的綜合節能效果，是今后最有發展前途的電動機。

圖1  礦井提升機控制系統結構

二．礦井提升機參數與電氣系統

      礦井提升機機械部分采用JK-3型提升機，卷筒數量1個，卷筒直徑3m，鋼絲繩最大靜張力135KN，最大提升速度5.73M/S。

      電氣部件主要由開關柜、控制柜、功率電阻柜、變頻器柜、操作臺、和電機組成；控制系統采用西門子S7-300系列PLC；傳動系統采用英威騰CHV190-1000G-6型起重專用變頻器；電機采用TYPK型950KW / 40極變頻三相同步節能型永磁電機。

圖 2  電氣傳動系統方案

      傳動系統方案如圖2所示，變壓器二次側690V三相交流電源經隔離開關、熔斷器、接觸器、輸入電抗器提供給變頻器，CHV190-1000G-6變頻器采用并機方式，即由2臺690V500KW變頻器并機組成，每臺變頻器均配置輸入、輸出電抗器，與電動機同軸安裝UVW型同步電動機專用編碼器。電氣制動采用2臺DBU100H-320-6能耗制動單元；每臺制動單元連接4Ω180KW制動電阻。

      變頻器電氣控制系統原理如圖3所示。控制電路由控制變壓器輸出的AC220V電源再通過隔離變壓器、開關電源后，輸出AC220V、DC24V、DC12V電源分別提供給PLC、顯示器、繼電器、檢測器件、電磁閥等；變頻器采用端子控制模式，操作指令由控制臺發起，經PLC處理后輸出，通過PLC與變頻器控制板I/O接口連接線傳遞信號，實現遠程控制。

      為了提高變頻器對電機的精確控制，采用閉環矢量控制模式，防止溜鉤或因上升或下降啟動時電機輸出轉矩不足而引起沖擊機械系統產生振動的現象。變頻器多功能端子組S1—S6（HDI）對應指令為提升機上行、下行、變頻器復位、驗繩、自動恒速1、自動恒速2；啟動聯鎖對應擴展I/O卡的S7端子，多功能模擬量輸入AI1設定提升機運行速度。兩路輸出繼電器RO1、RO2，其中RO1設置為故障輸出功能，RO2設置為變頻器輸出頻率檢測功能以控制電機制動器的抱閘接觸器。礦井提升機抱閘控制繼電器KB通過變頻器輸出繼電器RO2控制。不工作時，制動控制繼電器RO2A與RO2C之間為常開觸點，當上升或下降端子接通時，變頻器按設定頻率啟動， RO2A與RO2C之間接通，抱閘控制繼電器KB吸合，電磁閥線圈得電，制動器松閘，處于可運行狀態。

圖3  變頻器電氣控制原理圖

圖4  現場調試

三．變頻器參數設定與調試

1. 變頻器設定參數值

根據提升機電氣系統原理接線圖以及用戶要求，變頻器運行設定參數如下表所示：

2.系統調試

      在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統開始上電調試。按照提升機行業的實驗規則，將調試分為空載調試、1/2額定負載調試、額定負載調試及125%額定負載調試幾個階段。調試現場照片如圖4所示。  

      變頻器采取閉環矢量控制模式，在編碼器安裝之后，通過自學習獲得電機轉子磁極初始角度，根據電機磁極角度與反電動勢信號的關系定位旋轉編碼器。自學習前必須正確輸入電機的銘牌參數（P2.01-P2.05），為了確保自學習效果最佳，進行動態自學習。

      電機空載、帶載運行過程中，分別測試變頻器電流、電壓、頻率的輸出波形以及各信號指令。經現場調試驗證，該礦井提升機在運行過程中，控制指令邏輯正確，起停運行平穩無明顯沖擊，各方面性能完全達到用戶要求。

四、結束語

      英威騰CHV190系列起重提升專用變頻器是一款高性能矢量變頻器，廣泛應用于起重、提升行業的各類起重機、礦井提升機等高端應用場合。在永磁同步電機驅動的礦井提升機應用中，通過變頻器對電機的高精度控制，使運行既安全又高效，在起停過程中，幾乎感覺不到機械系統的沖擊，大大增強了提升機在運行過程中的平穩性和舒適感，同時節能效果顯著，是礦山提升機的理想更新換代產品。