摘 要 本文主要針對索道人車運(yùn)行系統(tǒng)的特殊要求，對SOHO變頻器的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對其在索道人車運(yùn)行系統(tǒng)中表現(xiàn)出來的優(yōu)越性進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞 變頻器；索道人車；應(yīng)用

0 引言

索道人車（猴車）是在煤礦井巷中運(yùn)送人員的主要交通工具之一，其控制性能的好壞直接關(guān)系到下井人員的運(yùn)輸安全，因此對猴車系統(tǒng)的控制要求安全、穩(wěn)定、精確、可靠。

古書院礦所使用的架空索道人車配套的電控系統(tǒng)安裝于1991年，索道人車長度300米，供電電壓為660V，電控系統(tǒng)由拖動(dòng)柜、控制柜、操作柜組成，啟動(dòng)方式采用傳統(tǒng)的電阻降壓啟動(dòng)。隨著現(xiàn)代系統(tǒng)集成和數(shù)字控制的發(fā)展，對猴車系統(tǒng)的要求越來越向著精確控制，數(shù)字化控制的方向發(fā)展，對系統(tǒng)提出了越來越人性化的要求，要求系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)、可靠。通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)靜態(tài)上下車，精確定位防止越位，安全舒適等人性化的要求。而且在當(dāng)今能源緊缺的時(shí)代對系統(tǒng)的工作效率也提出了要求。

然而在系統(tǒng)集成和數(shù)字化的控制中，以往對猴車驅(qū)動(dòng)部分的啟動(dòng)方式和調(diào)速方式均無法和現(xiàn)代的系統(tǒng)集成和數(shù)字控制相對接。隨著現(xiàn)代全數(shù)字化交流變頻技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速方式的數(shù)字化、精確化、集成化的特點(diǎn)正合其需求。

1 變頻調(diào)速原理及控制方式選擇

調(diào)速原理：

變頻調(diào)速是電機(jī)調(diào)速的主要技術(shù)之一。交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式為：

n= ①

其中：f——定子供電電源的頻率；

p——電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)；

s——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；

由式①可知，當(dāng)平滑地改變f時(shí)，n也可得到平穩(wěn)的改變。所以，變頻調(diào)速技術(shù)的關(guān)鍵是如何獲得頻率可變的大功率供電電源。

古書院礦在索道人車變頻技術(shù)改造中提出了采用矢量控制技術(shù)，它以交流電機(jī)的雙軸理論為依據(jù)，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中把定子電流矢量分解為兩個(gè)分量，一個(gè)分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?，稱為勵(lì)磁電流分量；另一個(gè)分量與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶看怪?，稱為轉(zhuǎn)矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中的位置及大小，即可控制勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的大小，達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)對磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。目前煤礦用于控制恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載所使用的變頻器應(yīng)該選用這一類型的矢量控制變頻器。

2 SOHO變頻器的組成

SOHO變頻器是韓國收獲電氣株式會(huì)社生產(chǎn)，變頻器可通過其外部控制端子實(shí)現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn)、S曲線加減速及多段速度控制。矢量控制運(yùn)算中要用到的電機(jī)本身的一些參數(shù)，可由變頻器自動(dòng)測出。此外，該變頻器還具有過流、過載、電動(dòng)機(jī)過熱、過壓及欠壓，超速及失速等保護(hù)功能。變頻器還能提供運(yùn)行停止信號，零速信號，速度到達(dá)信號及運(yùn)行準(zhǔn)備信號等，可編程控制器綜合外部信號和變頻器給出的控制信號，經(jīng)分析及邏輯運(yùn)算向外部設(shè)備及變頻器給出控制命令

此系列變頻器屬于四象限運(yùn)行矢量控制變頻器，并以其優(yōu)越的控制方式在各種具有負(fù)力矩負(fù)載的行業(yè)（如猴車，絞車等系統(tǒng)）控制中取得了其它產(chǎn)品不可替代的效果。它主要由PIU、VDC、VDI三大部分組成。

（1）PIU

此部分起到為整個(gè)系統(tǒng)作預(yù)充電和輸入回路的進(jìn)出電壓波形整定的作用，它由L-C-L濾波器、開關(guān)和限流電阻組成。

它在開始時(shí)通過電阻限流的方式向整個(gè)系統(tǒng)的DC回路電容進(jìn)行緩慢充電并使自動(dòng)旁路電阻進(jìn)入工作狀態(tài)。

PIU內(nèi)的L-C-L濾波器，它的工作電壓范圍寬滿足整個(gè)系統(tǒng)輸入電壓范圍寬的特點(diǎn)，第一是將來自電網(wǎng)的高次諧波濾除，其次是變頻器運(yùn)行在四象限時(shí)，通過VDC回饋的調(diào)制電壓波經(jīng)L-C-L濾波器將其平定成平滑的正弦波然后再反饋給電網(wǎng)，因而提高了電網(wǎng)的利用質(zhì)量。

（2）VDC電壓控制器

VDC是由IGBT組成的控制單元，它在正力矩狀態(tài)工作時(shí)，將經(jīng)過PIU濾波后的三相交流電源整流并進(jìn)行精確控制后，根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)值將穩(wěn)定的直流電源供給VDI逆變器。在負(fù)轉(zhuǎn)矩狀態(tài)工作時(shí)，根據(jù)檢測輸入電壓的值，相序?qū)⒅绷髂妇€上多余的電壓逆變成三相調(diào)制波經(jīng)PIU平定成平滑的三相正弦波回饋給電網(wǎng)。并具有獨(dú)特的自檢測過程、自動(dòng)保護(hù)的功能。它能檢測PIU跟VDC之間的連線狀態(tài)，并在檢測過程中，若發(fā)生連線錯(cuò)誤，軟件會(huì)自動(dòng)調(diào)整保護(hù)等級，自動(dòng)保護(hù)VDC，使VDC及其它設(shè)備不會(huì)受到損傷，這大大提高了自檢過程的可行性。在進(jìn)入工作前，VDC 還將實(shí)行檢測AC回路及DC回路的阻抗值，為準(zhǔn)確穩(wěn)定控制VDC的電流和DC BUS的電壓值建立模型，從而保證了為VDI提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的電源，保證了VDI的穩(wěn)定工作。

（3）VDI矢量控制逆變器

在猴車系統(tǒng)中要做到平穩(wěn)、舒適，靜態(tài)上下，防止越位，就要求鋼絲繩的運(yùn)行平穩(wěn)，走速均勻準(zhǔn)確，制動(dòng)訊速。

SOHO系統(tǒng)中的VDI采用現(xiàn)今最精確的矢量控制的方式。矢量控制變頻器在對電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧時(shí)，將自動(dòng)讀取用戶難以理解的電機(jī)參數(shù)值和速度及轉(zhuǎn)矩控制電路的增量值，建立電機(jī)的模型自動(dòng)設(shè)定弱磁點(diǎn)頻率，從而能精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率。

3 SOHO變頻器的技術(shù)特點(diǎn)

3.1 先進(jìn)的矢量控制技術(shù)

矢量控制技術(shù)將直流控制中的雙閉環(huán)（速度環(huán)、電流環(huán)）調(diào)節(jié)控制通過一系列矢量變換后用于交流三相電機(jī)的控制，使交流三相異步電機(jī)的調(diào)速性能可以和直流電機(jī)相媲美，其調(diào)速精度高、性能好。在矢量控制技術(shù)中，當(dāng)使用編碼器反饋時(shí)，調(diào)速精度可達(dá)0.001%，轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2%，其性能相當(dāng)于大功率的直流調(diào)速裝置；在有編碼器反饋系統(tǒng)中取其精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，使控制對象運(yùn)行更可靠和安全。

采用矢量控制技術(shù)，使受控電機(jī)在零轉(zhuǎn)速下可獲得強(qiáng)大的、精確的輸出轉(zhuǎn)矩。矢量控制變頻器的這種“零轉(zhuǎn)速時(shí)的滿轉(zhuǎn)矩輸出”特性，應(yīng)用在具有位能性負(fù)載的場合是非常適宜的，使系統(tǒng)在保證不溜車的前提下，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。

3.2 可靠的四象限變頻技術(shù)

當(dāng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，整流控制單元的DSP產(chǎn)生6路高頻的PWM脈沖控制整流側(cè)的6個(gè)IGBT的開通和關(guān)斷。IGBT的開通和關(guān)斷與輸入電抗器共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正弦電流波形，此時(shí)能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路和逆變回路流向電機(jī)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)的時(shí)候，電機(jī)產(chǎn)生的能量通過逆變側(cè)的二極管回饋到直流母線，當(dāng)直流母線電壓超過一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動(dòng)，將直流逆變成交流，通過控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。此時(shí)能量由電機(jī)通過逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。由于采用了先進(jìn)的算法，和合適的濾波器件使輸入電流接近正弦波，并使系統(tǒng)的功率因數(shù)總是接近于1。SOHO變頻器不僅能實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，且具有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，經(jīng)濟(jì)效益較大，熱損耗為能耗制動(dòng)的1%，同時(shí)不污染電網(wǎng)，功率因數(shù)約等于1，具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

4 SOHO在索道人車系統(tǒng)中的應(yīng)用

SOHO的高性能矢量控制變頻技術(shù)具有對電機(jī)精確控制，豐富的數(shù)字量接口，標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口特別是無傳感器的矢量控制方式對現(xiàn)場的適應(yīng)性，從而使在對猴車系統(tǒng)的控制中很簡單的實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制的要求。

猴車系統(tǒng)是在有一定坡度的面上進(jìn)行人員運(yùn)輸?shù)?，所以在人員下坡和減速停車過程中電機(jī)將處于反向發(fā)電的狀態(tài)，在使用普通變頻器控制時(shí)需要采用加裝功率電阻進(jìn)行能耗制動(dòng)的方式，而功率電阻的寵大和熱量，在集成系統(tǒng)中帶來了安裝空間和散熱方式等嚴(yán)重的問題。所以本次改造中采用了高性能四象限運(yùn)行矢量控制變頻器，它能將電機(jī)產(chǎn)生的反向電能回饋給電網(wǎng)，從而解決了二象限變頻器的制動(dòng)電阻帶來的種種問題。

猴車系統(tǒng)的運(yùn)行分為兩個(gè)階段，即將人員從低點(diǎn)運(yùn)到高點(diǎn)的過程為從電網(wǎng)中吸收電能，將人員從高點(diǎn)送到低點(diǎn)的過程將電能回給電網(wǎng)，所以根據(jù)能量守衡的理論節(jié)能量是100%的，在實(shí)際中去除機(jī)械，磨擦力，系統(tǒng)本身的損耗其節(jié)能率至少在80%，以一臺(tái)37KW 的猴車每天運(yùn)行24小時(shí)，功率因數(shù)取1，全年運(yùn)行360天為例：其每月的節(jié)電率為：37×1×24×360×80%=204595kwt，取200000Kwt，以目前工業(yè)用電每千瓦時(shí)0.6元計(jì)算，每年可節(jié)省用電開支約200000×0.6=120000元。

5 結(jié)論

古書院礦索道人車SOHO變頻器應(yīng)用后，以其優(yōu)越的性能，超小的體積，實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化控制，從而達(dá)到了平穩(wěn)控制和準(zhǔn)確定位，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全系數(shù)、人性化程度。簡化了變頻器在整個(gè)系統(tǒng)中的接入，實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)系統(tǒng)的軟啟軟停，從而節(jié)約電能，延長了系統(tǒng)的壽命，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2].戴廣平 韓冰.電機(jī)可逆性原理電動(dòng)機(jī)節(jié)能.中國石化出版社，2008

作者簡介：牛小剛（1978-），男，1998年畢業(yè)于遼寧阜新煤炭工業(yè)學(xué)校礦山機(jī)電專業(yè)，2009年完成了太原理工大學(xué)電氣自動(dòng)化本科學(xué)業(yè)，現(xiàn)工作于山西省晉城煤業(yè)集團(tuán)古書院礦黨委宣傳部，機(jī)電助理工程師，1998—2002曾從事于井下采掘工作，任技術(shù)員。2002年后在古書院礦黨委宣傳部從事數(shù)字電視系統(tǒng)的線路維護(hù)工作。