摘要：本文介紹了加能有限公司生產(chǎn)的提升機專用能量回饋單元IPC-PFH系列在煤礦提升機技術(shù)改造中的應(yīng)用，該應(yīng)有方案中IPC能量回饋單元與ABB變頻器配套使用，實現(xiàn)了變頻器的四象限運行，解決了重物下放及急停情況下的能量回饋問題，避免了原系統(tǒng)中制動電阻燒壞引起的礦車下行失控，整個系統(tǒng)計既安全又省電。
Abstract: This article introduced Ipc produce the elevator special-purpose frequency changer in coal mine elevator technological transformations application, explained the frequency changer in the ease of operation, the energy conservation falls consumes, the protection completely and so on the aspect remarkable superiority, had pointed out the promotion applies this kind of special-purpose frequency changer the positive sense.
關(guān)鍵詞：提升機專用能量回饋單元 能量回饋 節(jié)能
Key word: Elevator special-purpose frequency changer Energy back coupling Energy conservation
1、 引言
張家口市蔚縣鄭溝灣煤礦副井絞車，擔(dān)負(fù)著全礦提人、運料的繁重工作，一旦出現(xiàn)故障，就將影響全礦的生產(chǎn)。因此它的正常運行起著至關(guān)重要的作用。該井為雙鉤運行，坡度為25度，坡長為580m。原采用215kw/380v繞線電機串電阻調(diào)速，用交流接觸器實現(xiàn)速度段切換。形成了低速降壓啟動、檔位切換加速、全速運行、檔位切換減速、低速降壓停車的工作過程。
這種運行方式存在明顯的缺點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)大量的電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，造成了嚴(yán)重的能源浪費。
當(dāng)料車空車下放時，電機的轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，電機處于發(fā)電狀態(tài)，由于沒有能量處理環(huán)節(jié)，大量的電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，致使電機能耗增加，不但浪費大量的電能，而且使電機銅損、鐵損增加，增大了電機的維修費用。從現(xiàn)場情況看，下放時電機電流與提升時基本相同，都在400A左右，相當(dāng)于電機的額定電流，而空載時電機電流大約應(yīng)在額定電流的60%左右，從這點看，應(yīng)有30%左右的能量被消耗掉。
(2)原控制系統(tǒng)采用繞線電機轉(zhuǎn)子串電阻的方式進行調(diào)速，不僅將大量的轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，浪費了大量電能，同時電阻器的安裝需要占用很大的空間，增加了機房建設(shè)費用。
(3)這種切換轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速的控制系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)的故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機碳刷容易損壞，維護工作量很大，直接影響了提升機的生產(chǎn)效率。
(4)低速和爬行階段需要依靠制動閘皮摩擦滾筒實現(xiàn)速度控制，特別是在負(fù)載發(fā)生變化時，很難實現(xiàn)恒減速控制，導(dǎo)致調(diào)速不連續(xù)、速度控制性能較差。
(5)啟動和換檔沖擊電流大，造成了很大的機械沖擊，導(dǎo)致電機的使用壽命大大降低，而且極容易出現(xiàn)"掉道"現(xiàn)象。
(6)自動化程度不高，增加了開采成本，影響了礦山產(chǎn)量。
(7)低電壓和低速段的啟動力矩小，機械特性比較軟，帶負(fù)載能力差，無法實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩提升。
針對以上這些問題，煤礦決定對原系統(tǒng)進行改造。采用技術(shù)含量較高的變頻調(diào)速，替代原來的繞線電機串電阻調(diào)速，這是較理想的方案。變頻調(diào)速實現(xiàn)了電機的軟啟動、軟停車，連續(xù)平滑調(diào)速，特別是帶能量回饋的四象限運行變頻器，可以將電機在發(fā)電狀態(tài)下的再生電能回送電網(wǎng)，降低電能消耗，可節(jié)約大量的電能。
2、 變頻控制方案
2.1 變頻控制的特點
(1)變頻系統(tǒng)甩掉了原電控調(diào)速用的交流接觸器及調(diào)速電阻，提高了系統(tǒng)的可靠性，操作簡單方便，降低了操作人員的勞動強度;
(2)實現(xiàn)了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運行更加平穩(wěn)，機械沖擊小;
(3)啟動及加速過程沖擊電流小，加速過程中最大啟動電流不超過1.3倍的額定電流，提升機在重載下從低速平穩(wěn)無級平滑地升至最高速，沒有大電流出現(xiàn)，大大地減小了對電網(wǎng)的沖擊;
(4)增加了直流制動功能，使重車停車時更加平穩(wěn);
(5)轉(zhuǎn)矩補償達(dá)到規(guī)范要求，重車啟動正常;
(6)節(jié)能效果顯著，據(jù)實測，在低速段節(jié)能明顯，一般可達(dá)到20%左右，采用回饋制動，節(jié)能效果更明顯;
(7)采用變頻控制后，原繞線式電機轉(zhuǎn)子短接，在電機維護方面，避免了轉(zhuǎn)子炭刷的燒損及維護;
(8)機內(nèi)采用深圳加能回饋單元，回饋能量可直接輸給電網(wǎng)，且不受回饋能量大小的限制，適應(yīng)范圍廣，節(jié)能效果明顯，系統(tǒng)可以實現(xiàn)四象限運行;
(9)安全保護功能齊全，除了過壓、欠壓、過載、過熱、短路等自身保護外，還設(shè)有外圍控制的連鎖保護，包括制動閘信號與正、反轉(zhuǎn)信號的連鎖，變頻器故障信號與系統(tǒng)安全回路的連鎖，機內(nèi)備有自動減速程序等。
2.2 方案的確定
設(shè)計時，因絞車系統(tǒng)一般都滿負(fù)荷運行，而且要求起動力矩大，因此根據(jù)電機的容量(380v/215kw)，變頻器一般應(yīng)高出一個規(guī)格為ABB-ACS800 250KW。
方案一：直接采用進口原裝四象限能量回饋變頻器，方案二：采用進口原裝二象限變頻器+能量回饋單元。因進口原裝四象限能量回饋變頻器供貨周期長（8-12周）且成本極高，出現(xiàn)問題維修周期長，不適合煤礦的當(dāng)前生產(chǎn)狀況；所以我們推薦方案二，變頻器+能量回饋單元，降低前期投入成本，加快產(chǎn)品生產(chǎn)周期，同時也能降低維修費用，也同樣能達(dá)到在礦車下放時將發(fā)生的電能直接回送電網(wǎng)，節(jié)約大量的能量。
加能(深圳)公司是加拿大IPC的中國公司，主要從事IPC產(chǎn)品在中國的推廣，二次開發(fā)和部分產(chǎn)品生產(chǎn)。加拿大IPC公司位于北美最大的港口城市Vancouver。在國內(nèi)生產(chǎn)的IPC-PFH系列提升機專用能量回饋單元 ，特別適用于礦山提升機、起重機、卷揚機、拉絲機、離心機等有電能再生的適用場合。主要具有以下性能特點：
（一）技術(shù)參數(shù)：
1. 額定電壓：AC380V/220V/660V；
2. 功率范圍：30KW～160KW；
3. 制動方式：雙向自動電壓跟蹤方式；
4. 反應(yīng)時間：2ms以下，有多重噪聲過濾算法；
5. 允許電網(wǎng)電壓：300V～460VAC，45～66Hz；
6. 動作電壓：620V-680VD可調(diào)，誤差≦2V；
7. 制動力矩：150%；
8. 回饋方式：正弦波電流方式；
9. 電流畸變：<5％；
10. 回饋算法：最小諧波PWM算法；
11. 設(shè)計工作制：長期；
12. 保護功能：過熱，過電流，短路及故障自診斷及保護輸出功能；
（二）產(chǎn)品技術(shù)特點及優(yōu)勢：
1. 使變頻器實現(xiàn)四象限運行，持續(xù)性回饋，回饋制動頻度40%。
2. 把再生能量回饋電網(wǎng)，效率 97% ，增加運行經(jīng)濟效益。
3. 熱損耗為耗能制動的 3% 以下，改善工作環(huán)境。
4. 有完全故障保護，使用安全。
5. 全電壓自動跟蹤，用戶不必自己調(diào)整或設(shè)定，方便使用。
6. 全程噪聲過濾，不會污染電網(wǎng)和干擾其他設(shè)備。
7. 高性能回饋式制動單元。外置大電抗器，可直接和電網(wǎng)駁接使用。
2.3 系統(tǒng)的組成
2.3.1 雙電源進線柜 1臺
2.3.2 變頻柜 1臺 （ABB-ACS800）
2.3.3 回饋制動柜 1臺 （IPC-PFH75-4*3套并聯(lián)）
2.3.4 PLC控制柜 1臺 （雙PLC）
2.3.5 司機控制臺 1臺 （含上位機監(jiān)控系統(tǒng)）
2.3.6 軸編碼器 2抬
2.3.7 位置傳感器 6套
2.4 控制原理
控制核心為ABB ACS 800系列重載型變頻器，利用與變頻提升機系統(tǒng)對接對絞車進行起、停、加減速及機械抱閘系統(tǒng)的控制，同時用變頻器調(diào)節(jié)頻率及軸編碼器的信號采集，通過PLC的計算，使提升機的速度得到有效而精確控制，并確保停車位置的準(zhǔn)確性。
其系統(tǒng)組成如圖所示：圖1由左往右依次為 變頻柜 回饋制動柜 PLC控制柜 雙電源進線柜。
圖2為提升機控制臺
圖2
變頻調(diào)速的原理
(1)主回路圖如圖3所示:
