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[摘要]低压变频技术在目前工业生产中已经得到广泛应用，但高压变频技术还处于依赖国外产品之状态，因此在知识产权及价格方面都受到很大制约。大功率缠绕式绞车提升机的主要调速手段多采用转子串电阻方式。
[关键词]斜井提升；PLC；高压变频；矢量控制
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0258-01
0、概述
传统的矿井提升机大多采用交流异步电动机拖动，控制系统多采用继电器、接触器控制，调速方式多为传统的转子串电阻调速，调速性能差，且运行不平稳。由于电阻的接人和切除采用接触器控制，机械噪音大、线路复杂、故障率高，给维修带来很大难度，不但影响生产和安全，且需投入大量的人工和材料，直接影响矿井提升的安全和效率。
1、高压变频调速电控系统
按设计选用JK-2型矿井提升机，配备电控系统选用的是老式电控，2007年选用MZCP-H系列高压变频调速电控系统。该电控部分为数字化可编程序逻辑控制器PLC控制，高压变频调速，矢量控制，有源逆变能量回馈系统。主要技术参数（如表1）：
2、电控变频调速性能
2.1 高压变频器
变频调速采用MZGP-H系列大功率高压变频器。该变频器包含先进的功率单元串联叠波技术、矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术、配备新颖的全中文操作界面，可靠性高、性能优越、操作简便。具有四象限运行、带能量反馈、动态响应快、低速运行转矩大等特点。
2.2 高质量电源输入
输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，对6kV而言相当于36V脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，抑制了网侧谐波；减少无功输入，降低供电容量，系统功率因数大于0.95。
2.3 应用变频器优点
（1）可以驱动普通高压电动机，而不会增加电机温升，降低电机容量
（2）保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害
（3）不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。
3、原理
3.1 主电路
MZGP-H系列高压变频器采用交直交直接高压（高高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBTN压所限，无法直接逆变输出6kV，lOkV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。MZGP H变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性（如图1）。
主变压器原边为Y型接法，直接与高压相接。组数量依变频器电压等级及结构而定，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。
由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以MZGP H变频器输入电流的总谐波含量（fnD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。
变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。这种应用形式减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。干式变压器具有温度控制仪，为变压器提供温度告警和过热保护
3.2 功率单元
功率单元原理；输入电源端R，S，T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流给电容充电，电容上的电压提供给由IGBTfH成的单相H形桥式逆变电路。
功率单元通过光纤接收信号，采用矢量正弦波脈宽调制（PWM）方式。功率单元具有有源逆变能量回馈功能，当电机处于制动（重物下放）状态，电容器上的直流电压达到有源逆变起动的门槛电压时，电源自动起动有源逆变，将电机及其负载的机械能转化为电能，回馈到电网中去。
3.3 控制系统
控制系统由控制器、IO板和人机界面组成。控制器由三块光纤板、一块信号板、一块主控板和一块电源板组成。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。
信号板采集变频器的输出电压、电流信号和光电编码盘信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护，以及提供给主控板数据采集。
主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通～RS232通讯口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受人机界面主控板的参数设置。
人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过主控板和IO接口板通讯来的数据，计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，提供表计功能，并实现对电机的过载、过流告警和保护。通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与IO接口板连接，实时监控变频器系统的状态。
IO接口板用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。IO接口板有处理两路模拟量输入和两路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理来自现场的流量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置信号；模拟输出量是运行频率和输出电流。
4、结论
经过实际应用，该系统相对于转子串电阻调速、串级调速、调压调速等调速系统而言，具有可靠l生高、适用性强、节电、故障率低、易维护、操作简单等特点，特别适用于矿井提升。
[关键词]斜井提升；PLC；高压变频；矢量控制
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0258-01
0、概述
传统的矿井提升机大多采用交流异步电动机拖动，控制系统多采用继电器、接触器控制，调速方式多为传统的转子串电阻调速，调速性能差，且运行不平稳。由于电阻的接人和切除采用接触器控制，机械噪音大、线路复杂、故障率高，给维修带来很大难度，不但影响生产和安全，且需投入大量的人工和材料，直接影响矿井提升的安全和效率。
1、高压变频调速电控系统
按设计选用JK-2型矿井提升机，配备电控系统选用的是老式电控，2007年选用MZCP-H系列高压变频调速电控系统。该电控部分为数字化可编程序逻辑控制器PLC控制，高压变频调速，矢量控制，有源逆变能量回馈系统。主要技术参数（如表1）：
2、电控变频调速性能
2.1 高压变频器
变频调速采用MZGP-H系列大功率高压变频器。该变频器包含先进的功率单元串联叠波技术、矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术、配备新颖的全中文操作界面，可靠性高、性能优越、操作简便。具有四象限运行、带能量反馈、动态响应快、低速运行转矩大等特点。
2.2 高质量电源输入
输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，对6kV而言相当于36V脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，抑制了网侧谐波；减少无功输入，降低供电容量，系统功率因数大于0.95。
2.3 应用变频器优点
（1）可以驱动普通高压电动机，而不会增加电机温升，降低电机容量
（2）保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害
（3）不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。
3、原理
3.1 主电路
MZGP-H系列高压变频器采用交直交直接高压（高高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBTN压所限，无法直接逆变输出6kV，lOkV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。MZGP H变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性（如图1）。
主变压器原边为Y型接法，直接与高压相接。组数量依变频器电压等级及结构而定，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。
由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以MZGP H变频器输入电流的总谐波含量（fnD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。
变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。这种应用形式减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。干式变压器具有温度控制仪，为变压器提供温度告警和过热保护
3.2 功率单元
功率单元原理；输入电源端R，S，T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流给电容充电，电容上的电压提供给由IGBTfH成的单相H形桥式逆变电路。
功率单元通过光纤接收信号，采用矢量正弦波脈宽调制（PWM）方式。功率单元具有有源逆变能量回馈功能，当电机处于制动（重物下放）状态，电容器上的直流电压达到有源逆变起动的门槛电压时，电源自动起动有源逆变，将电机及其负载的机械能转化为电能，回馈到电网中去。
3.3 控制系统
控制系统由控制器、IO板和人机界面组成。控制器由三块光纤板、一块信号板、一块主控板和一块电源板组成。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。
信号板采集变频器的输出电压、电流信号和光电编码盘信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护，以及提供给主控板数据采集。
主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通～RS232通讯口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受人机界面主控板的参数设置。
人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过主控板和IO接口板通讯来的数据，计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，提供表计功能，并实现对电机的过载、过流告警和保护。通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与IO接口板连接，实时监控变频器系统的状态。
IO接口板用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。IO接口板有处理两路模拟量输入和两路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理来自现场的流量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置信号；模拟输出量是运行频率和输出电流。
4、结论
经过实际应用，该系统相对于转子串电阻调速、串级调速、调压调速等调速系统而言，具有可靠l生高、适用性强、节电、故障率低、易维护、操作简单等特点，特别适用于矿井提升。