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[摘 要]变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也在钢丝绳牵引带式输送机中得到了广泛的应用。
[关键词]变频器 整流 逆变 钢丝绳牵引带式输送机
中图分类号：TP323.18 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0290-01
电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电，这个过程叫整流。把直流电变换为交流电的装置，其科学术语为逆变器。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。
一、四象限变频控制系统在钢丝绳牵引带式输送机中的应用要求。
钢丝绳牵引带式输送机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。在大型钢丝绳牵引带式输送机多电机多驱动点的拖动系统中，传统拖动方式以直流拖动、交流绕线电机串级调速、交流绕线电机转子串电阻调速拖动等为主，显然较为落后，也很难实现防爆要求。
针对钢丝绳牵引带式输送机对拖动技术的特殊要求，本系统采用隔爆兼本安四象限变频控制满足以下要求：
1、满足系统防爆要求；
2、起动平稳，可满载起动；
3、调速方便，可实现运人、运料、验绳等多种速度；
4、负力提升时能自动进入电气制动运行状态，再生能量通过回馈电网实现电气制动；
5、处理事故或检修时可逆运行；
6、必须设置可靠的各种安全保护装置；
7、维护量小。
二、四象限变频控制系统拖动方案及原理。
由四象限隔爆兼本安变频调速装置及输入电抗器构成，采用AFE整流回馈技术，很好地解决了钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的防爆问题以及运人时负力运行的问题。
由于直流电机及绕线电机在维护方面较为复杂，人们一直在寻求符合以上传动要求的交流鼠笼电机的大功率驱动系统，磁通矢量控制的隔爆变频器的出现，为煤矿提供了符合钢丝绳牵引带式输送机拖动要求的最佳拖动设备。
在本系统中最关键的是拖动系统，而变频器又是拖动系统的核心，根据多年煤矿井下、地面变频器生产及维护的经验，为本系统设计采用无速度传感器磁通矢量控制的变频器拖动系统。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量和产生转矩的电流分量分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。新型矢量控制变频器具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。
1、采用AFE自换向变频新技术，使绞车在减速段或重物下放操作时系统能自动转入发电反馈状态，使制动更平稳，操作更简单，大大提高了安全可靠性能。
2、网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，大大减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量<5%。
3、网侧变频器采用单独的CPU实行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，使系统的功率因数总是接近于1。当绞车进入发电状态时能量从逆变器返回到直流母线，系统立即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。
4、优越的变频软起动、软停止特性：
软起动、软停止特性是钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的首选目标。钢丝绳牵引带式输送机带负载运行时具有极大的惯性，起动加速度与停车减速度的值越大，在机械系统上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。变频器的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，匹配其具备的S型加减速时间，这样可将钢丝绳牵引带式输送机起停时产生的冲击减至最小。
5、平稳的重载起动：
钢丝绳牵引带式输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。另外由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低频运转可输出1.5—2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。
6、自动回馈制动：
当系统处于负力运行时能自动进入回馈制动运行状态，将能量反馈到电网中，从而在负力提升的状态下也能实现准确的速度控制，又达到了节能的效果。
7、实现无级调速：
钢丝绳牵引带式输送机是煤矿生产运输系统主要组成部分，从最大限度的满足安全生产、经济运行的角度出发，驱动系统不仅可实现运人、运料、验绳等多种速度，而且可实现无级调速。变频器可调整电机于5%-100%额定带速范围内的任意带速长期工作。并且在任意速度下均可提供额定转矩。对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然钢丝绳牵引带式输送机系统的运煤量也是不均匀的，在负载较轻或无负载时，钢丝绳牵引带式输送机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要钢丝绳牵引带式输送机系统又不能随时停车。采用单独的PLC控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器抑后降速或提前升速。此方案适于载荷不均的钢丝绳牵引带式输送机系统，可大大节约电能，同时降低钢丝绳牵引带式输送机系统的设备损耗，延长使用寿命。
8、可任意调整的加、减速度：
根据钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的工作原理，要求起动平稳，并可满载起动。为减少机械冲击与电机容量，要求加、减速度要小于0.2m/s2；同时为防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。
变频器的加减时间可分别任意调整（0.1-9999秒），故加减速度可以根据需要任意设定，满足钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的特殊要求。
无论是采用串入交流电抗器或直流电抗器，还是采用多重化整流技术，都无法从根本上消除谐波。可以采用AFE整流回馈系统，输入电流波形为正弦波，从理论上可彻底消除谐波，由于受检测信号的精度和控制精度的影响，在实际应用中仍有少量谐波，于是，匹配各类谐波抑制装置后可将谐波含量降至最小，完全符合国际标准。
作者简介：刘海洋，男，1986年12月出生，学历大学，毕业于黑龙江科技学院，现任龙煤鹤岗矿业公司兴安煤矿机电科助理工程师。
[关键词]变频器 整流 逆变 钢丝绳牵引带式输送机
中图分类号：TP323.18 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0290-01
电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电，这个过程叫整流。把直流电变换为交流电的装置，其科学术语为逆变器。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。
一、四象限变频控制系统在钢丝绳牵引带式输送机中的应用要求。
钢丝绳牵引带式输送机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备。在大型钢丝绳牵引带式输送机多电机多驱动点的拖动系统中，传统拖动方式以直流拖动、交流绕线电机串级调速、交流绕线电机转子串电阻调速拖动等为主，显然较为落后，也很难实现防爆要求。
针对钢丝绳牵引带式输送机对拖动技术的特殊要求，本系统采用隔爆兼本安四象限变频控制满足以下要求：
1、满足系统防爆要求；
2、起动平稳，可满载起动；
3、调速方便，可实现运人、运料、验绳等多种速度；
4、负力提升时能自动进入电气制动运行状态，再生能量通过回馈电网实现电气制动；
5、处理事故或检修时可逆运行；
6、必须设置可靠的各种安全保护装置；
7、维护量小。
二、四象限变频控制系统拖动方案及原理。
由四象限隔爆兼本安变频调速装置及输入电抗器构成，采用AFE整流回馈技术，很好地解决了钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的防爆问题以及运人时负力运行的问题。
由于直流电机及绕线电机在维护方面较为复杂，人们一直在寻求符合以上传动要求的交流鼠笼电机的大功率驱动系统，磁通矢量控制的隔爆变频器的出现，为煤矿提供了符合钢丝绳牵引带式输送机拖动要求的最佳拖动设备。
在本系统中最关键的是拖动系统，而变频器又是拖动系统的核心，根据多年煤矿井下、地面变频器生产及维护的经验，为本系统设计采用无速度传感器磁通矢量控制的变频器拖动系统。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量和产生转矩的电流分量分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。新型矢量控制变频器具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。
1、采用AFE自换向变频新技术，使绞车在减速段或重物下放操作时系统能自动转入发电反馈状态，使制动更平稳，操作更简单，大大提高了安全可靠性能。
2、网侧变频器采用PWM斩波调制，使输入电流波形为正弦波，大大减小对电网的谐波污染，总谐波电流含量<5%。
3、网侧变频器采用单独的CPU实行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，使系统的功率因数总是接近于1。当绞车进入发电状态时能量从逆变器返回到直流母线，系统立即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。
4、优越的变频软起动、软停止特性：
软起动、软停止特性是钢丝绳牵引带式输送机驱动系统的首选目标。钢丝绳牵引带式输送机带负载运行时具有极大的惯性，起动加速度与停车减速度的值越大，在机械系统上储存的能量就越大，而释放这些能量就会对输送机机械系统产生极大的冲击。变频器的起动、停止时间是任意可调的，也就是说起动时的加速度和停车时的减速度任意可调，同时为了平稳起动，匹配其具备的S型加减速时间，这样可将钢丝绳牵引带式输送机起停时产生的冲击减至最小。
5、平稳的重载起动：
钢丝绳牵引带式输送机在输煤过程中任意一刻都可能立即停车再重新起动，必须考虑“重载起动”能力。另外由于采用SPWM磁通矢量控制控制方式，低频运转可输出1.5—2倍额定转矩，因此最适于“重载起动”。
6、自动回馈制动：
当系统处于负力运行时能自动进入回馈制动运行状态，将能量反馈到电网中，从而在负力提升的状态下也能实现准确的速度控制，又达到了节能的效果。
7、实现无级调速：
钢丝绳牵引带式输送机是煤矿生产运输系统主要组成部分，从最大限度的满足安全生产、经济运行的角度出发，驱动系统不仅可实现运人、运料、验绳等多种速度，而且可实现无级调速。变频器可调整电机于5%-100%额定带速范围内的任意带速长期工作。并且在任意速度下均可提供额定转矩。对应于煤矿的特殊生产条件，有时，煤的产量是极不均匀的，当然钢丝绳牵引带式输送机系统的运煤量也是不均匀的，在负载较轻或无负载时，钢丝绳牵引带式输送机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也较低速运行大的多，但因生产的需要钢丝绳牵引带式输送机系统又不能随时停车。采用单独的PLC控制系统对前级运输系统的载荷、本机运输系统的载荷进行分别测量，这样可控制变频器抑后降速或提前升速。此方案适于载荷不均的钢丝绳牵引带式输送机系统，可大大节约电能，同时降低钢丝绳牵引带式输送机系统的设备损耗，延长使用寿命。
8、可任意调整的加、减速度：
根据钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的工作原理，要求起动平稳，并可满载起动。为减少机械冲击与电机容量，要求加、减速度要小于0.2m/s2；同时为防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。
变频器的加减时间可分别任意调整（0.1-9999秒），故加减速度可以根据需要任意设定，满足钢丝绳牵引胶带输送机电力拖动的特殊要求。
无论是采用串入交流电抗器或直流电抗器，还是采用多重化整流技术，都无法从根本上消除谐波。可以采用AFE整流回馈系统，输入电流波形为正弦波，从理论上可彻底消除谐波，由于受检测信号的精度和控制精度的影响，在实际应用中仍有少量谐波，于是，匹配各类谐波抑制装置后可将谐波含量降至最小，完全符合国际标准。
作者简介：刘海洋，男，1986年12月出生，学历大学，毕业于黑龙江科技学院，现任龙煤鹤岗矿业公司兴安煤矿机电科助理工程师。