矿井提升机变频技术

提升机是矿井的关键和重大安全设备之一，广泛用于煤炭、有色金属、黑色金属、非金属、化工等矿山的竖井、斜井的提升系统，用作提升矿物和物料、设备及运送人员等，是矿井系统的咽喉。在整个生产过程中，占有非常重要的地位，它不仅关系到矿井的正常安全生产和生产效率，而且直接影响上下井人员的生命财产安全，因此，提升机的电气传动及控制装置一直是各国传动界的一个重要研究领域。
随着工矿业生产对提升设备调速性能要求的不断提高，常用传统的提升设备调速方法如：绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，它们要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，已不能满足工业生产的特殊要求。
交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是起重机交流调速技术发展的主流。
交流变频调速技术应用于提升设备后，与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来以下显著经济效益和安全可靠性：
（1）采用交流变频调速技术的提升机由于变频器驱动的电动机机械特性硬，具有精确定位的优点，不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，可以提高装卸作业的生产率。
（2）变频提升机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性提高，并且延长了起重机机械部分的寿命。
（3）机械制动器在电动机低速时动作，制动由电气制动完成，所以机械制动器的制动片寿命大为延长，维护保养费用下降。
（4）采用结构简单、可靠性高的鼠笼异步电动机取代绕线转子异步电动机，避免了因集电环、电刷磨损或腐蚀引起接触不良而造成电动机损坏或不能起动的故障。
（5）交流接触器大量减少，电动机主回路实现了无触点化控制，避免了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。
（6）交流变频调速系统可以根据现场情况，灵活调整各档速度和加、减速时间，使得变频起重机操作灵活、现场适应性好。
（7）交流变频调速系统属高效率调速系统，运行效率高，发热损耗小，因此比老式调速系统大量节电。
（8）变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度提高变频起重机电控系统的可靠性。
GD350-19起重机专用变频器是英威腾公司针对提升/起重行业专业设计的一款高性能矢量变频器，用于各类起重机的起升、俯仰、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的交流无级调速。主要的功能及特点如下：
（1）抱闸逻辑控制与监控——安全、可靠
准确的抱闸开启和闭合控制时序，通过抱闸实时状态反馈和起动预转矩补偿，确保控制的安全性和可靠性。
（2）轻负载升速（电子副钩）——高效
提升机空钩或轻载时实现2倍速运行，提高装卸效率。轻负载升速功能主要应用于起升高度较大的起重机：在起升机构空载运行时自动使速度上升，以缩短时间来提高装卸效率；重载时自动降低速度以确保设备和人身的安全。变频器根据启动后一段时间内的平均电流值来判断负荷的大小：当负载重时，变频器自动降低输出频率；当负载轻时，变频器自动提高输出频率。
（3）控制回路电源和主回路电源可以分别控制——安全性
提高了用户调试时的安全性，便于故障诊断与维护。
（4）主从控制功率平衡与速度同步技术——高端应用
在两个大功率电机通过减速箱刚性连接驱动一个起升机构时，主从控制功率平衡功能保证两个电机出力均匀；在双提升机构提升一个重物时，主从控制速度同步功能保证两个起升机构同步提升，确保安全。
（5）第二电机控制及切换功能——降低成本
一台变频器通过参数自学习可以自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对两组电机的高性能矢量控制；便于电气传动系统的控制，降低用户成本。
（6）同时支持PROFIBUS-DP和MODBUS及以太网三种通讯协议——灵活
支持PROFIBUS-DP和MODBUS及以太网三种种通讯协议，能实现多个变频器和PLC之间的通讯连接。              
（7）危险速度监视、快速停车及超速保护——安全
变频器实时监测电机的运行速度，当电机速度大于设定的最高允许速度或速度偏差值时，变频器发出故障报警并立即停止输出，机械制动器动作，使起重机处于安全状态。
快速停车功能给用户提供以下三种方式供选择：
方式1：电气制动的停车；方式2：电气制动加机械制动的停车；方式3：机械制动的停车。
（8）预励磁及起动预转矩补偿——可靠
预励磁功能是在启动之前自动地对电机实行直流励磁，以保证电动机快速地提供起动转矩，并通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，避免出现“溜钩”现象。
（9）松绳检测——安全、可靠
防止在起重机绳索松弛的情况下，轻负载升速功能误动作引发的不安全运行。              
（10）提升机操作模式——方便、灵活
根据提升机不同的操作模式，为用户提供以下操作模式选择：操纵杆模式、遥控模式、电动电位器模式、分级操纵杆给定模式、分级遥控给定模式、通讯给定模式等。
GD3000系列产品是针对煤矿井下设计的矿用变频器，采用三电平的硬件拓扑结构，兼容二象限和四象限，可用来控制交流异步感应电机和永磁同步电机，可以满足不同电机的工作模式；产品采用目前国际领先的矢量控制技术，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定；
1140V三电平矢量型四象限变频器，不仅继承了两电平矢量型变频器优点，而且体积小，降低电机的共模电压，降低对电网的共模干扰，能方便实现能量的双向流动，电机的四象限运行。
1、GD3000采用三电平拓扑结构，使用较低耐压的功率器件，直接应用于更高电压等级的主回路拓扑技术，可避免器件串联引起的动态均压问题，同时降低输出谐波和du/dt。
2、采用高速DSP+FPGA双核心处理器，具备更快的运算速度，更高的控制精度；采用优异的矢量控制技术，功能更优化，应用更灵活，性能更稳定。
3、采用专业定制叠层铜排，减小线路杂散电感，紧凑化模块化设计，体积小且易维护。
4、母线采用薄膜电容设计，耐压能力高，绝缘电阻极高，耐纹波能力强，可靠性高，损耗极低，发热少，整机寿命长。
5、专业的主从控制策略，实现多机功率平衡。
6、软件兼容同步机、异步机驱动控制，易用性强。