一、 前 言
湖南寶山鉛鋅銀礦副井卷揚(yáng)機(jī)提升設(shè)備采用繞線電機(jī)串電阻調(diào)速。這套裝置存在著很多缺陷，例如故障率高、維護(hù)費(fèi)用高、運(yùn)行效率低、噪音大，制約生產(chǎn)發(fā)展等。為了提高生產(chǎn)裝備技術(shù)水平，提高生產(chǎn)能力，針對現(xiàn)副井，提出了改造要求，由長沙海特電子自控科技有限公司和煙臺(tái)惠豐電子有限公司作出卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)方案。
變頻調(diào)速是目前交流異步電動(dòng)機(jī)最理想的調(diào)速方式，它模擬直流電機(jī)的調(diào)速方法，并考慮了電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能要求，具有無級(jí)調(diào)速、響應(yīng)迅速、運(yùn)行平穩(wěn)、控制靈活等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”由變頻柜、泄放單元、泄放電阻、操控臺(tái)等組成，整套系統(tǒng)體積小、重量輕、操作使用方便可靠，并且完全沿用礦山設(shè)備的操作習(xí)慣。事實(shí)上，單從系統(tǒng)外觀上看，新系統(tǒng)比原系統(tǒng)就有很大的優(yōu)越性：原系統(tǒng)共有四個(gè)電控柜或電阻柜和一個(gè)操控臺(tái)，而“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”只有一個(gè)變頻控制柜和一個(gè)操控臺(tái)。
副井卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)為115KW，考慮到負(fù)載的特殊性和系統(tǒng)可靠性注1，在設(shè)計(jì)中，“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”選用了160KW變頻器，泄放單元和泄放電阻的作用主要是泄放電機(jī)所產(chǎn)生的再生能量。變頻系統(tǒng)本身帶有軟制動(dòng)，為了安全起見，繼續(xù)應(yīng)用了原系統(tǒng)的液壓抱閘裝置，作為安全保障。
變頻調(diào)速器是通過改變電動(dòng)機(jī)輸入電源的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的，因此調(diào)速范圍很寬，可以達(dá)到0~400HZ。頻率調(diào)節(jié)精度為0.01HZ，基本上實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速。所以，采用變頻器后，電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟啟動(dòng)和平滑調(diào)速。并且，變頻器提高了輸入電源的功率因數(shù)，在基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速變化，因此具有很好的節(jié)電效果。另一方面，變頻器還可通過軟件，很方便地改變輸出轉(zhuǎn)矩（即調(diào)整轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線）和加減速時(shí)間、目標(biāo)頻率、上下限頻率等。它還具有強(qiáng)大的兼容功能，通過微型鍵盤終端調(diào)用內(nèi)部功能，并根據(jù)使用要求進(jìn)行功能組合、參數(shù)設(shè)置（修改）和動(dòng)態(tài)調(diào)速。通常，變頻器可通過鍵盤操作，也可通過端子排控制，還可通過PLC進(jìn)行多段速度控制。外控信號(hào)可以是電壓，也可以是電流，還可通過編碼器進(jìn)行數(shù)字控制。
“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”的創(chuàng)新點(diǎn)之一就是在卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)中采用了泄放單元，該裝置包括開關(guān)電源、電壓采樣與處理電路、脈沖信號(hào)發(fā)生與觸發(fā)電路、保護(hù)電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路及IGBT功率模塊等。裝置外設(shè)調(diào)節(jié)旋紐，可用來調(diào)節(jié)泄放的閥值電壓和泄放速度。裝置分別與變頻器和泄放電阻連接。其中泄放電阻的大小直接影響泄放速度。
“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”的另一技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)就是在變頻器內(nèi)部設(shè)置了“PLC”功能，從而可以靈活控制液壓抱閘裝置，使之完成放開、抱閘和適度抱閘等不同操作功能。此處，液壓抱閘裝置為原系統(tǒng)所用，其機(jī)械可靠性早已得到證實(shí)。
操控臺(tái)在外觀上保持了原來風(fēng)格，但內(nèi)部控制系統(tǒng)和外部指示均為全新設(shè)計(jì)。操作繼續(xù)沿用以前習(xí)慣，主令開關(guān)手柄改為無級(jí)調(diào)速手柄，用于動(dòng)態(tài)調(diào)速。另外，加設(shè)了“緊急制動(dòng)”按鈕和“非常制動(dòng)”按鈕，以提高制動(dòng)的可靠性。一般地，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)輸出異常信號(hào)，控制系統(tǒng)安全抱閘。如果自動(dòng)抱閘線路出現(xiàn)故障而不能準(zhǔn)確執(zhí)行功能時(shí)，操作“緊急制動(dòng)”按鈕可以緊急制動(dòng)；如果“緊急制動(dòng)”功能也失效，則可起用“非常制動(dòng)”，按下該按鈕，即可切斷接觸器線圈的控制電源，直接啟動(dòng)抱閘裝置，從而達(dá)到最可靠的制動(dòng)。
總之，“卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)”具有很高的技術(shù)含量和很好的技術(shù)優(yōu)勢，這主要體現(xiàn)在：
1.實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。
2.實(shí)現(xiàn)了無級(jí)平滑調(diào)速，可在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)任意調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。
3.運(yùn)行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)差沖擊，延長了機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命。
4.響應(yīng)迅速，控制靈活，便于實(shí)現(xiàn)集中控制和系統(tǒng)集成。
5.集信號(hào)處理、運(yùn)行控制、電子制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)、安全保護(hù)為一體，提高了設(shè)備的整體功能。
6.操作直觀簡便，駕馭輕松自如。
7.節(jié)能率高。
該系統(tǒng)于2002年4月首次在金蟾山金礦安裝調(diào)試，同期經(jīng)過礦旗兩級(jí)驗(yàn)收，并正式投入使用，到鑒定之日已經(jīng)安全無故障運(yùn)行至今。
二、原卷揚(yáng)提升機(jī)系統(tǒng)簡介
原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)主要由主軸裝置、減速機(jī)、繞線式電機(jī)、盤形閘、液壓站、深度指示器、天輪、配重、井架、電源柜、加速控制柜、動(dòng)力制動(dòng)柜、電阻柜等組成。該系統(tǒng)在我國各礦區(qū)被普遍采用。
該礦卷揚(yáng)提升機(jī)是關(guān)鍵的采礦設(shè)備，對安全性要求特別高，而對設(shè)備的效率、操作性以及自動(dòng)化程度幾乎沒有要求。一般地，一種證明安全可靠的設(shè)備在礦山使用后，是輕易不會(huì)更換和改造的。原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)就是這樣，幾十年來被普遍使用，原卷揚(yáng)系統(tǒng)迫切需要改造。
然而，原系統(tǒng)由于技術(shù)落后、輔助環(huán)節(jié)多、故障點(diǎn)多，其動(dòng)態(tài)性能差、調(diào)速不平穩(wěn)，并且經(jīng)常發(fā)生諸如電阻燒毀、接觸器燒毀、可控硅損壞等問題，給生產(chǎn)和維護(hù)帶來很大困難。據(jù)礦主管領(lǐng)導(dǎo)和操作工介紹，該套系統(tǒng)故障率和維修費(fèi)用都很高，更重要的是由于經(jīng)常維修，影響正常生產(chǎn)，給企業(yè)造成很大損失。

1.原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)概述
原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)的工作原理是通過改變電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)罐籠上升與下降，而速度的改變則靠改變串入繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻來實(shí)現(xiàn)的。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在機(jī)械抱閘制動(dòng)方面。該抱閘裝置控制方便，在長期使用中性能穩(wěn)定，安全性很高。
這套系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是明顯的，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)組成復(fù)雜，體積龐大、操作復(fù)雜、故障率較高。從實(shí)際系統(tǒng)中我們可以清楚地看到，各單元、各元件之間的連線達(dá)數(shù)百條；電阻器頻繁燒毀，電機(jī)銅頭、刷架、電刷等經(jīng)常出現(xiàn)故障等。另外，由于控制系統(tǒng)繁瑣，給檢修維護(hù)帶來很大困難，也是該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)之一。
從系統(tǒng)運(yùn)行情況，我們不難看出，原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)為有級(jí)調(diào)速，動(dòng)態(tài)速度變化不平穩(wěn)、調(diào)速范圍小，對罐難度很大，操作不易掌握，尤其是運(yùn)行不穩(wěn)增加了設(shè)備磨損。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差功率完全轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉。所以，該系統(tǒng)只是一種低效率、高消耗的調(diào)速裝置。
我們知道，對于交流電機(jī)調(diào)速來說，改變電源電壓、電源頻率或電機(jī)的極對數(shù)均可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。而對于原系統(tǒng)，電機(jī)極數(shù)和施加于定子側(cè)的電源頻率均不變，因此，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也不變，所謂調(diào)速，實(shí)際是通過串聯(lián)電阻改變定子繞組上的電壓，這就使電氣傳動(dòng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度大大降低；同時(shí)，由于串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電阻阻值不能無級(jí)變化，所以無法實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。
我們還應(yīng)注意的一點(diǎn)是原系統(tǒng)即使在再生能量回饋狀態(tài)下仍然消耗大量的電網(wǎng)電能，例如，空罐上升時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，所產(chǎn)生的再生電能全部消耗在電阻上，并且由于系統(tǒng)處于制動(dòng)狀態(tài)，串入的電阻同樣消耗大量的電能。這就是該系統(tǒng)的致命缺點(diǎn)之一。
2.原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)包括卷揚(yáng)機(jī)、罐籠、配重、主動(dòng)電機(jī)、油泵站、液壓機(jī)械抱閘裝置、電源柜、加速控制柜、電阻柜、動(dòng)力制動(dòng)柜、操控臺(tái)等，如圖2－1所示。其中，液壓機(jī)械抱閘裝置在失電狀態(tài)下處于完全抱緊（制動(dòng)）狀態(tài)注1，旋轉(zhuǎn)操縱桿，控制自整角機(jī)（即旋轉(zhuǎn)變壓器）兩軸的轉(zhuǎn)角差，從而改變自整角機(jī)輸出電壓。此電壓經(jīng)整流后加在電磁閥上調(diào)節(jié)油路上電磁控制閥的開啟程度，并由此控制抱閘力的大小。當(dāng)操縱桿推到最大（約直流20V）時(shí)，抱閘完全放開（即盤閘處于自由狀態(tài)）；當(dāng)操縱桿推到某一位置（約DC7V）時(shí)，系統(tǒng)處于臨界制動(dòng)狀態(tài)注2。

3.原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)工作原理
如圖2－1所示，卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩分別承吊罐籠和配重，配重約1.2T，空罐籠約0.4T，礦井深400m多。罐籠上升的時(shí)候，配重處于下降過程，二者運(yùn)行方向永遠(yuǎn)相反。
通常，罐籠下降時(shí)不載重物（有時(shí)承載工具或工人），而在提升罐籠時(shí)，罐籠裝載物體（有時(shí)是空罐籠）。也就是說，配重上升時(shí)電機(jī)負(fù)載較大（空罐籠），配重下降時(shí)電機(jī)負(fù)載較小（載重罐籠）。但有時(shí)配重下降時(shí)，所提升的罐籠也未裝載重物，因此，電機(jī)處于很強(qiáng)的發(fā)電狀態(tài)。圖中所示機(jī)械抱閘在前文已做簡要說明。
卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)控制罐籠升降，在響應(yīng)各中段信號(hào)后，還應(yīng)準(zhǔn)確對罐。因此，電機(jī)轉(zhuǎn)速必須可調(diào)節(jié)、制動(dòng)必須可靠、起動(dòng)必須迅速平穩(wěn)。而原系統(tǒng)除了制動(dòng)外，其他各項(xiàng)均不理想。
系統(tǒng)的動(dòng)力配置注1為一臺(tái)115KW的10級(jí)繞線轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速交流異步電動(dòng)機(jī)，有級(jí)調(diào)速，即通過主令開關(guān)改變轉(zhuǎn)子回路串入不同數(shù)值可調(diào)電阻，從而獲得電機(jī)的不同機(jī)械特性，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方式簡單，曾被廣泛應(yīng)用。
4.原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)
原系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在機(jī)械抱閘（制動(dòng)）方面。該抱閘裝置設(shè)計(jì)巧妙，可靠性高，在長期使用中性能穩(wěn)定、反映靈敏，并且操作簡單，便于連接系統(tǒng)。
而原系統(tǒng)采用的調(diào)速方式比較落后，整個(gè)電源、控制系統(tǒng)包括三個(gè)大型低壓電器柜和一個(gè)電阻柜，控制相當(dāng)復(fù)雜，發(fā)生故障的環(huán)節(jié)較多。況且，可控硅斬波環(huán)節(jié)本身的故障率就很高，增加了系統(tǒng)維護(hù)的壓力。另外，控制系統(tǒng)復(fù)雜、檢修困難、維修成本高、調(diào)速范圍小、調(diào)速不平穩(wěn)。從節(jié)能方面考慮，卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負(fù)載，罐籠低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)差功率大，而這些轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉了。所以原調(diào)速方式屬于低效率調(diào)速方式，能耗大，低速運(yùn)行時(shí)能量消耗在電阻上；由于電機(jī)極對數(shù)與施加于其定子側(cè)的電壓頻率都不變，所以電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或理想空載轉(zhuǎn)速也不變，這樣電機(jī)的機(jī)械特性是一族通過理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)的特性，調(diào)速時(shí)機(jī)械特性隨著轉(zhuǎn)子回路電阻的增大而變軟，大大降低了電氣傳動(dòng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)速精度；由于串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的附加電阻級(jí)數(shù)（即不能無級(jí)變化）受限，無法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速；空罐上升時(shí)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)同樣消耗能量。這些都是該系統(tǒng)存在的致命缺陷。
三、副井變頻卷揚(yáng)操控系統(tǒng)
卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)采用交流電機(jī)變頻調(diào)速器作為調(diào)速單元，操控臺(tái)重新設(shè)計(jì)（操作方式保持原習(xí)慣），終極制動(dòng)仍沿用原系統(tǒng)的盤閘制動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)簡潔明了、連接方便，可控性非常好。
1.卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)組成
寶山鉛鋅銀礦副井選用電機(jī)115KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)，考慮卷揚(yáng)機(jī)負(fù)載的特殊性，以及對原系統(tǒng)性能分析，故選用160KW通用變頻器（型號(hào)為F1000-1600T3），附件為能耗制動(dòng)單元，包括泄放控制單元（型號(hào)：BU01-0405）及泄放電阻（阻值約6Ω，功率為30KW），主要作用是消耗空放重物時(shí)產(chǎn)生的再生能量，另外液壓系統(tǒng)、抱閘制動(dòng)系統(tǒng)選用原系統(tǒng)，設(shè)計(jì)新的操控臺(tái)，操控臺(tái)沿用操作者傳統(tǒng)習(xí)慣布局。
采用變頻器控制后，整個(gè)電控系統(tǒng)連線十分簡單，系統(tǒng)包括一個(gè)變頻柜、一臺(tái)泄放控制單元柜、一個(gè)泄放電阻柜和一個(gè)操控臺(tái)，與原系統(tǒng)相比，體積和重量大幅度減小，而且接線非常簡單，如圖3－1所示。

圖3－2位操控臺(tái)外形，右手為調(diào)速手柄，左手柄為制動(dòng)手柄。面板設(shè)置有電鎖、“緊急制動(dòng)”按鈕、“非常制動(dòng)”按鈕、控制鍵盤等，操作使用簡單直觀。
變頻柜、制動(dòng)單元柜、泄放電阻柜等按照IP40標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，考慮了防腐防潮等不良環(huán)境。泄放單元面板上的調(diào)節(jié)按鈕可用來調(diào)節(jié)泄放速度，指示燈分別指示電源和工作狀態(tài)。上述三個(gè)柜子都為立式結(jié)構(gòu)，其功能完全按照工作需要設(shè)計(jì)。
2.使用變頻器控制的卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)方案
通過對原卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)的分析和采用變頻器控制卷揚(yáng)機(jī)的模擬試驗(yàn)，我們提出如圖3－4所示的實(shí)用性方案。
該方案尤其在安全性方面采取了多重保護(hù)，在軟制動(dòng)（泄放制動(dòng)）基礎(chǔ)上將原系統(tǒng)使用的液壓抱閘裝置作為主要制動(dòng)手段，并對其進(jìn)行自動(dòng)抱閘、適度抱閘和完全抱閘等操作，使系統(tǒng)在工作的全過程均有安全保障。

3.方案簡介
4.圖3－4中液壓系統(tǒng)和機(jī)械抱閘裝置（包括油泵站、電動(dòng)閥、管道、抱閘機(jī)構(gòu)及控制電路等）均為原系統(tǒng)所用，這樣做主要是為保證卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)的安全性。泄放單元采用與變頻器逆變單元功率模塊同規(guī)格的開關(guān)件，以保證系統(tǒng)有足夠的泄放容量；而泄放電阻則采用6Ω/30KW無感電阻，以保證系統(tǒng)有足夠的泄放速度。操縱臺(tái)做了重新設(shè)計(jì)，操作習(xí)慣仍舊保持原來風(fēng)格。主令開關(guān)手柄改為無級(jí)調(diào)速手柄，用于動(dòng)態(tài)調(diào)速，另加設(shè)了緊急制動(dòng)按鈕；當(dāng)變頻器發(fā)生故障注1時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)輸出異常信號(hào)，控制系統(tǒng)完全抱閘，如果自動(dòng)抱閘線路出現(xiàn)故障而不能準(zhǔn)確執(zhí)行功能時(shí)，操作該按鈕可以緊急制動(dòng)；如果緊急制動(dòng)也失效時(shí)，還有一級(jí)保護(hù)，即“非常制動(dòng)”。按下“非常制動(dòng)”按鈕即斷開接觸器線圈供電，從而切斷機(jī)械抱閘系統(tǒng)的電源，達(dá)到最可靠的制動(dòng)。同時(shí)接觸器輔助常閉觸點(diǎn)短接BX、CM，變頻器自由停車無輸出。此處，刀閘“B”只是功能表征，實(shí)際采用接觸器實(shí)現(xiàn)。
自動(dòng)抱閘和緊急制動(dòng)抱閘時(shí)，操縱臺(tái)面板上的“抱閘指示”燈亮，給出燈光信號(hào)。此時(shí)，若系統(tǒng)未確實(shí)制動(dòng)，可進(jìn)行“非常制動(dòng)”。
常開觸點(diǎn)J4為控制抱閘回路的總開關(guān)，所畫變壓器實(shí)際上是自整角控制電機(jī)，旋轉(zhuǎn)制動(dòng)手柄改變兩軸之間相位角，次級(jí)輸出電壓從0V到最大電壓之間發(fā)生變化，經(jīng)整流、限流電阻限流后加到電磁閥上，從而改變抱閘力的大小。當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)下，當(dāng)泄放制動(dòng)單元開始工作時(shí)J3繼電器閉合，經(jīng)電阻串聯(lián)分壓后加到電磁閥上，使系統(tǒng)適度抱閘，增加一定的阻力減緩下降速度，這只用于“空罐下配重”期間以及變頻器減速時(shí)間短時(shí)減速。當(dāng)然，泄放阻尼開關(guān)置于“關(guān)”位置可取消該功能。
“&1”只表示一種邏輯關(guān)系，其輸出用來控制繼電器J4的線圈，起到自動(dòng)制動(dòng)的作用。“&2”的輸出用來啟動(dòng)弱阻尼電路，即控制J3繼電器的線圈。
為避免對變頻器、泄放制動(dòng)單元造成干擾，有關(guān)信號(hào)控制線均采用光電隔離器件隔離。操控臺(tái)電源加裝高性能電源濾波器，控制板采用高電壓（12V）電源同樣是為了提高系統(tǒng)抗干擾能力。啟動(dòng)時(shí)當(dāng)變頻器輸出小于某一頻率F0（例如2HZ，此頻率值可調(diào)），抱閘系統(tǒng)繼續(xù)抱緊。因?yàn)樽冾l器在啟動(dòng)時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩較小，不足以克服重力，否則就會(huì)遭成罐體下掉。操控臺(tái)配有電鎖，當(dāng)操作者離崗時(shí)鎖定的同時(shí)切斷電源，避免其它非操作人員誤操作。
調(diào)速手柄實(shí)際上控制著電位器“W”中間抽頭位置，手柄在不同位置輸出不同電壓，假設(shè)在中間位置時(shí)表示“0”位置，即VW＝2.5V時(shí)電機(jī)不運(yùn)行，實(shí)際留有±0.2V死區(qū)。2.5V~5V對應(yīng)變頻器正轉(zhuǎn)0~50HZ運(yùn)行頻率，輸出頻率隨電壓升高而增大，2.5V~0V對應(yīng)變頻器反轉(zhuǎn)0~50HZ運(yùn)行頻率，輸出頻率隨電壓減小而增大。CPU應(yīng)作不同處理。
變頻器跳保護(hù)、變頻器停車時(shí)，CPU立即停止發(fā)送PWM波，切斷了變頻器對電機(jī)能量繼續(xù)傳送，停車過程只有動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，能實(shí)現(xiàn)T＝6S左右迅速停車。

1.泄放阻尼控制電路
泄放制動(dòng)單元部分電路如下圖所示，P、N是變頻器直流母線電壓，取自變頻器外接端子，當(dāng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，P、N兩端之間電壓必定升高，當(dāng)高于某一設(shè)定值時(shí)，IC1B輸出低電平，控制泄放單元工作；VR3設(shè)置電壓比VR2設(shè)置電壓高一檔次，當(dāng)PN端電壓特別高（有可能泄放單元消耗能量不足于抵消發(fā)電能量，PN端電壓繼續(xù)升高），高于某一值時(shí)，IC1A的1腳輸出低電平，光耦PC2關(guān)斷，泄放單元不再工作，從而保護(hù)泄放單元（此種情況下變頻器跳“OE”保護(hù)）。也就是說：V1≤Vi≤V2時(shí)，T1的E腳為低電平，PC1、T1導(dǎo)通。在原來回路中串入光耦PC5、PC6，PC5、PC6導(dǎo)通，分別控制操控臺(tái)泄放指示燈和液壓系統(tǒng)自動(dòng)適度抱閘。PC1導(dǎo)通時(shí)，U1A（4093）的XF信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑c“555”產(chǎn)生的振蕩信號(hào)“與非”后驅(qū)動(dòng)功率模塊間歇導(dǎo)通，以避免泄放模塊因連續(xù)工作發(fā)熱而燒毀。

四、變頻改造后效果分析
我們在該礦安裝調(diào)試卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)后，對現(xiàn)場各環(huán)節(jié)包括“對罐堵轉(zhuǎn)”、“緊急制動(dòng)”、“載重運(yùn)行”、“吊配重”、“空罐下配重”。可以達(dá)到以下效果。
1.對罐、堵轉(zhuǎn)
罐籠內(nèi)部底面上鋪設(shè)了軌道，必須與地面上或井下各個(gè)中斷的軌道對接吻合良好，才能順利將礦車推出罐籠。這就是說，在罐籠上升到各中斷附近時(shí)電機(jī)必須迅速由高速變換到低速，到位時(shí)立即停車。這要求變頻器減速時(shí)間短，大約6S時(shí)能夠滿足要求，此時(shí)有可能出現(xiàn)泄放，系統(tǒng)適度抱閘正好滿足要求。調(diào)速手柄調(diào)到中間零位時(shí)或反向過零時(shí)變頻器采用自由停車方式，不再輸出功率，抱閘系統(tǒng)立即抱閘且對變頻器沒有任何沖擊。空罐對罐、重罐對罐均工作正常。原系統(tǒng)工作時(shí)，主要靠機(jī)械制動(dòng)減速運(yùn)行，既損耗閘片注1，又消耗電能。
F1000-1600T3變頻器具有較好的低速轉(zhuǎn)矩性能，在各種負(fù)載下均可很好地超低速運(yùn)行。在最大載重下注2，電機(jī)可在2HZ時(shí)均勻平穩(wěn)地運(yùn)行。如果在3HZ時(shí)啟動(dòng)抱閘，使電機(jī)堵轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)小于37A；這比原系統(tǒng)的堵轉(zhuǎn)電流小許多倍。
2. 緊急制動(dòng)、非常制動(dòng)
緊急制動(dòng)、非常制動(dòng)一般發(fā)生在運(yùn)行中突然停電、事故等非正常情況下，但這卻是系統(tǒng)安全的最重要指標(biāo)。試驗(yàn)中，將變頻器全速運(yùn)行，然后分別按“非常制動(dòng)”、“緊急制動(dòng)”按鈕。這樣可以模擬變頻器發(fā)生故障或產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)時(shí)的緊急制動(dòng)，同時(shí)也模擬了運(yùn)行中出現(xiàn)其他意想不到情況需要緊急剎車的特殊案例。
由于變頻器的停車方式設(shè)置為自由停車，因此在自由停車后對高速運(yùn)行的電機(jī)實(shí)施緊急制動(dòng)絲毫不影響變頻器，即變頻器不會(huì)受到任何損壞。實(shí)際應(yīng)用中，緊急制動(dòng)、非常制動(dòng)性能均可靠、效果良好。
3.載重運(yùn)行
在罐籠內(nèi)裝載額定重物，從井下向上吊運(yùn)。在此過程中，通過變頻器動(dòng)態(tài)地任意改變電機(jī)運(yùn)行速度，卷揚(yáng)機(jī)工作狀態(tài)良好，變速過程平穩(wěn)、調(diào)速范圍寬，并且操作簡單、節(jié)省電能。
4.吊配重
吊配重是指將配重下到井底，空罐籠處于井上，然后將配重從井底吊到井上。無任何問題。
5.空罐下配重
如果配重處于井上位置，位于井底的罐籠不裝載任何重物，此時(shí)要將空罐籠提上，即將配重下到井下，則由于重力加速度的影響，電機(jī)會(huì)處于強(qiáng)發(fā)電狀態(tài)注1。
原系統(tǒng)在這個(gè)過程中需要全額電功率輸入，并配合機(jī)械抱閘制動(dòng)，消耗電能同重載時(shí)幾乎一樣。采用變頻器控制全速運(yùn)行，在整個(gè)過程中可看到泄放指示燈出現(xiàn)閃亮，表明電動(dòng)機(jī)發(fā)出電經(jīng)模塊續(xù)流二極管整流后加到直流母線上，造成母線電壓升高，泄放單元開始工作。試驗(yàn)時(shí)分別將“泄放阻尼”開關(guān)置于“開”、“關(guān)”位置，系統(tǒng)工作均正常。“泄放阻尼”開關(guān)打開并出現(xiàn)泄放時(shí)，可明顯看到運(yùn)動(dòng)速度放緩，表明阻尼在起作用。
6.結(jié)果分析
從以上試驗(yàn)結(jié)果來看：
（1）空罐上升（空罐下配重）期間變頻器輸入電流幾乎為零，此期間系統(tǒng)不消耗電網(wǎng)能量；輸出電流不為零，此電流為電機(jī)發(fā)電電流倒灌入變頻器。
（2）重罐下降期間變頻器輸入電流只有2~3A左右，此時(shí)重罐重量同配重重量相近，幾乎不消耗能量。
（3）在同一運(yùn)行過程中，低頻（低速）時(shí)變頻器輸入電流小，高頻（高速）時(shí)變頻器輸入電流大。說明低速運(yùn)行時(shí)可達(dá)到節(jié)電目的。
綜合以上所述，采用卷揚(yáng)機(jī)變頻操控系統(tǒng)后，在電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)反饋能量可通過泄放單元泄放掉。總之，在工作全過程，系統(tǒng)或者不消耗電能，或者節(jié)能運(yùn)行，平均節(jié)電率實(shí)測可達(dá)30%以上。