变频调速

1、变频器控制过程：

变频器接受主控台的正转、反转、急停以及转速给定等指令，变频器反馈给主控台的信号有：待机、运行、轻故障、重故障、旁路故障、输出转速及输出电流等。变频器受高压电后，主控台通过检测电机的待机信号，判断变频器已经可以运行，主控台在自动模式下，通过控制变频器，实现矿井提升机运行的5段速度曲线，即启动加速段、匀速段、一次减速段、匀速爬行段和二次减速制动段，下面一一说明。

(1) 启动加速段：主控台接受井下操作人员的打点命令，对变频器输出正转或反转命令，变频器按照预先设定的加速时间运行至最低频率，将运行信号反馈给主控台，此时作用于双滚筒上的抱闸系统处于抱闸状态，滚筒静止，拖动滚筒的电机处于堵转状态。主控台接收到变频器运行信号后，判断变频器输出电流，当检测电流达到电机额定电流后（双电机系统，额定电流为单电机额定电流的二倍），证明电机已经获得了足够的励磁转矩，因液压站液压阀的机械特性有时会发生微小变化，为了避免溜车现象的发生，主控台在此稍做了延时，一秒钟后主控台驱动液压站液压阀，液压阀再驱动滚筒抱闸系统，松开抱闸系统，电机堵转结束，开始旋转，通过减速机，滚筒开始运行，从而通过钢绳拖动两只箕斗上下运行。变频器接受主控台转速给定信号，逐步提高运行频率，按照预先设定的加速时间逐步提高运行频率，滚筒转速逐步提高；

(2)匀速段：当转速给定指令提高至50赫兹，变频器运行至50赫兹时，进入匀速段，此阶段，变频器维持最大输出，滚筒运行至最高速度，拖动箕斗在最高速度下运行；

(3)一次减速段：主控台通过立井系统的位置传感器接收箕斗运行位置信号，当到达一次减速区间的时候，主控台按照预先设定的程序减小转速给定指令数值，变频器接收到新的转速给定数值后，执行，开始降低运行频率，拖动电机及滚筒减速运行。此时因箕斗之前还处于高速运行，突然降速后，由于惯性作用，电机进入发电状态，开始向变频器注入能量，变频器则利用自身的能量回馈功能，将此部分能量通过逆变回馈至电网，同时根据预先设定的降速曲线，对电机实施反作用力，达到快速降速的目的；

(4)匀速爬行段：主控台通过箕斗的位置传感信号，通过预设数值，给定变频器低转速数值，变频器在此转速信号下维持低频率输出不变，箕斗低速运行，进入匀速爬行段；

(5)二次减速制动段：主控台通过箕斗的位置传感信号，判断箕斗即将进入预定停斗位置后，给变频器更低转速信号，变频器运行至最低频率，当箕斗即将到达预定位置后，主控台发出急停指令，变频器停止驱动电机，同时控制液压站，关断液压阀，从而驱动滚筒抱闸系统，经过二级制动，抱闸系统抱死，滚筒静止，箕斗停运，执行卸煤及装载流程。需要说明的是，当主控台发急停指令的时候，变频器通过自身编程延时0.5秒停止频率输出，此种技术手段是为了保证在滚筒抱闸系统已经起作用的时候，变频器仍有短时间力矩输出，防止抱闸系统抱闸瞬间变频器力矩输出为零，引起溜车现象。

当然，在变频器运行的各个阶段，主控台通过轴编码器，分别监测电机、滚筒的转速，除了显示箕斗运行速度、实时深度等数值，还通过多个速度监测结果综合判断系统运行是否正常，另外，通过立井位置传感器、绳索、润滑站、液压站、电机过热保护器等系列参数，实现矿井提升机系统的上过卷、下过卷、松绳、润滑油油压过低或过高（润滑站主要是给减速机润滑）、液压站油压过高或过低、电机过载、绞车过速等一系列保护功能。

变频器的加减速时间设置很重要，其设置根本原则有两个方面，第一，尽可能利用变频器自身的快速响应功能，加减速时间尽量短，提高箕斗的运行速度，提高生产效率；第二，最大加速度不允许超过国家安标，防止安全事故。

变频器运行中，不但自身具备完善的各项保护功能，还可以利用接口电路实时将故障信

息传送给主控台，实现联锁保护，最大限度地保证矿井提升机系统的安全运行。

2、变频器与串电阻调速系统的对比： 快速性

变频器

变频器应用在矿井提升机中，考虑到负载的特殊性，往往设置余量较大，保证在最短的时间内变频器可以加速到最高频率，减速时，依靠变频器自身的能量回馈功能，将势能转化为电能回馈电网，同时产生反力矩，达到快速减速的目的，快速性好。

串电阻调速系统

转子串电阻调速系统，其机械特性较软，转子逐级切换，其加速时间不能过快，另外，降速时，电机部分不再接受高压电，其降速时间完全取决于系统的机械特性，降速时间不可调，在低速爬行阶段，采用660V低压变频器维持3赫兹运行，其频率也不可调，快速性较差

稳定性

变频器属无级调速系统，调速运行时，电机运行平稳，无脉动感，系统稳定性好，

串电阻调速系统属有级调速，转子电阻切换过程中，电机转速变化较大，电机运行不平稳，有脉动感，系统稳定性差。

维修周期

变频器自身结构紧凑，作为系统，

串电阻调速系统换向切换柜需要真空

机械器件很少，除了定期更换滤网，接触器，接触器动作频繁，维护工作防止滤网堵塞，其他维修工作量几乎没有，维修周期长。

量大，需要定期更换，另外，因采用电机转子滑环，其维护工作量较大。整体设备维修周期短。

对系统的影响

变频器自身的软启动功能及平稳无级调速功能，决定了系统机械冲击大大减小，电机、减速机，滚筒、箕斗运行的轨道等等受到的冲击均降到最低。

串电阻调速系统无软启动功能，其调速属有级调速，稳定性差，启动瞬间对电机、减速机，滚筒冲击较大，降低系统使用寿命。另外，箕斗运行的轨道受到箕斗反复冲击，维修工作量相当大。

节能方面

变频器自身效率高，具有自动功率

串电阻调速系统自身效率低，调速时，因数补偿功能，网侧功率因数接近1，且属高性能调速系统，能量损耗小，在系统降速阶段，可将一部分势能转化为电能回馈至电网，节能效果明显

综合效益

基于以上说明，变频调速系统综合效益高

3、变频调速系统的主要优缺点： 主要优点是：

相当一部分能量以热损耗的方式通过转子外接电阻浪费掉，另外，在降速过程中，无能量反馈功能，无法将部分势能转化为动能，属于低性能调速系统，无节能效果。

基于以上说明，串电阻调速系统综合效益低

① 可实现平滑的无级调速，且调速精度高，转速（频率）分辩率高。

② 调速效率高。变频调速的特点是在频率变化后，电动机仍在该频率的同步转速附近运行，基本上保持额定转差率，转差损失不增加。变频调速时的损失，只是在变频装置中产生的变流损失，以及由于高次谐波的影响，使电动机的损耗有所增加，相应效率有所下降。所以变频调速是一种高效调速方式。

③ 调速范围宽，一般可达10∶1（50～5Hz）或20∶1（50～2.5Hz）。并在整个调速范围内均具有较高的调速装置效率ηV。所以变频调速方式适用于调速范围宽，且经常处于低转速状态下运行的负载。

④ 功率因数高，可以降低变压器和输电线路的容量，减少线损，节省投资。或在同样的电源容量下，可以多装风机或水泵负载。

⑤ 当变频装置故障时可以退出运行，改由电网直接供电（工频旁路）。这对于泵或风机的安全经济运行是很有利的。如万一变频装置发生故障，就退出运行，不影响泵与风机的继续运行；又如在接近额定频率（50Hz）范围工作时，由变频装置调速的经济性并不高，变频装置可退出运行，由电网直接供电，改用节流等常规的调节方式。

⑥ 变频装置可以兼作软起动设备，通过变频器可将电动机从零速起动连续平滑加速直致全速运行。变频软起动是目前最好的软起动方式，变频器是目前最好的软起动设备。

主要缺点是：

① 目前，变频调速技术在高压大容量传动中推广应用的主要问题有两个：一个是我国发电厂辅机电动机供电电压高（3～10KV），而功率开关器件耐压水平不够，造成电压匹配上的问题；二是高压大功率变频调速装置技术含量高、难度大，因而投入也高，而一般风机水泵节能改造都要求低投入，高回报，从而造成经济效益上的问题。这两个问题是它应用于风机水泵调速节能的主要障碍。

② 因电流型变频器输出电流的波形和电压型变频器输出电压的波形均为非正弦波形而产生的高次谐波，对电动机和供电电源会产生种种不良影响。如使电动机附加损耗增加、温升增高，从而使电动机的效率和功率因数下降，出力受到限制，噪声增大以及对无线电通信干扰增大等。同时，高次谐波会引起电动机转矩产生脉动，其脉动频率为6kf(k=1，2，3…)。当转矩脉动频率较低并接近装置系统的固有频率时，可能产生共振现象。因此，装置系统必须注意避免在共振点附近运行。如采用PWM变频器或采用多重化技术的电流型和电压型变频器，其输出波形大为改善，高次谐波大大减少，所以这个问题可以得到大大的改善。