近幾年來，變頻節(jié)能技術(shù)兗州礦區(qū)的地面和井下提升、通風(fēng)、采煤、運(yùn)輸、選煤等各種礦山設(shè)備控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，對國內(nèi)同行具有很好的參考價值。

     1 在提升系統(tǒng)應(yīng)用

     1）礦用提升機(jī)變頻調(diào)速控制的特殊功能

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司南屯煤礦通過對礦用提升機(jī)變頻調(diào)速控制的研究，使其特殊功能得到正常應(yīng)用，取得了良好的效果。

     ①直流制動的作用。當(dāng)重車需在井筒中間停車時，變頻器由高速平滑地降到低速，隨之施加一個直流制動信號使提升機(jī)停止，機(jī)械制動起作用后方可去掉直流制動信號，使重車靠機(jī)械抱閘的作用停在中間。啟動時先對電機(jī)施加一個直流制動信號，當(dāng)檢測到機(jī)械抱閘打開方可去掉直流制動信號，加上啟動電壓，提升機(jī)轉(zhuǎn)動。機(jī)械抱閘抱緊狀態(tài)一直在變頻器檢測下，一旦機(jī)械抱閘打開馬上給電機(jī)施加直流制動信號，確保避免重車“溜勾”現(xiàn)象。

     ②S形速度曲線。為減少運(yùn)行的機(jī)械沖擊，在變頻器啟動與停止過程中最好做到加速度是連續(xù)的，即S形加、減速曲線。當(dāng)井下及井口停車傾角很小時，要求提升機(jī)運(yùn)行速度很低，否則會出現(xiàn)“松繩”現(xiàn)象。另外，井筒罐道要求變頻器能以不同頻率工作。根據(jù)現(xiàn)場情況，變頻器可設(shè)置5個頻率段主令控制器的不同位置對應(yīng)不同的直流控制電壓，即對應(yīng)不同的運(yùn)行頻率。

     ③自動限速保護(hù)。當(dāng)運(yùn)行接近終點時給出一個減速信號，接到此減速信號后，如主令控制器已操作減速，則變頻器按主令控制器的操作改變運(yùn)行速度；若收到減速信號后主令控制器沒有正常操作，則自動啟動機(jī)內(nèi)的自動減速程序，將變頻器工作頻率按預(yù)定要求逐步改變?yōu)榈退龠\(yùn)行。這對于預(yù)防“過卷”是十分必要的。此外，當(dāng)提升機(jī)帶有測速發(fā)電機(jī)給出超速信號時，變頻器也能自動減速。

     ④連鎖開機(jī)功能。提升機(jī)開機(jī)須按給出命令操作。當(dāng)給出“上行”或者“下行”命令的時候，如人員操作與命令不符，連鎖功能就對此操作不響應(yīng)，變頻器不啟動。連鎖功能是保證安全運(yùn)行的重要措施。

     ⑤對再生能量的處理。變頻器的主回路采用雙向逆變方案。

     2）井下絞車電控系統(tǒng)變頻技術(shù)應(yīng)用

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司興隆莊煤礦在十采區(qū)JBT-2×1.8絞車電控系統(tǒng)成功采用變頻技術(shù)。其設(shè)計滿足《煤礦安全規(guī)程》、GB3836.1-4-2000 《防爆規(guī)程》、GB50070-1994《礦山電力設(shè)計規(guī)范》、《煤礦提升絞車安全檢驗規(guī)范》、JB4263-2000《交流傳動礦井提升機(jī)電控設(shè)備技術(shù)條件》、JB8516-1997《礦用提升機(jī)和礦用提升絞車安全要求》、MT/T834-1999《煤礦用提升信號裝置通用技術(shù)條件》等要求，使絞車運(yùn)行系統(tǒng)得以優(yōu)化。

     電控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，輸入電源660V、50Hz，電壓允許波動范圍－15%～＋10%，允許頻率波動范圍±2.5%，輸出功率 200kW，輸出頻率0～50Hz連續(xù)可調(diào)。過載能力強(qiáng)，在負(fù)載變化為－120%～＋120%額定負(fù)載時能滿足四象限運(yùn)行要求；低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時，有自動轉(zhuǎn)矩提升功能，能保證100%額定轉(zhuǎn)矩；有過壓、欠壓、過流、斷相和功率元件過熱等保護(hù)。

     控制箱采用快開門方式，電氣控制采用雙PLC全數(shù)字控制系統(tǒng)，兩套PLC與硬件電路互相冗余完成絞車提升控制與數(shù)字監(jiān)控，同時在PLC故障時能分別完成臨時應(yīng)急提升�？刂葡到y(tǒng)配備正常操作而設(shè)置的各種保護(hù)，其中的防止過卷裝置、過速裝置、限速裝置和減速功能保護(hù)設(shè)置為相互獨立的雙線形式。系統(tǒng)還具有各種保護(hù)試驗功能。聲光信號與控制回路具有閉鎖功能，未發(fā)信號不能開車，發(fā)出信號的時間次數(shù)記憶不少于30天。深度指示采用數(shù)字顯示，能準(zhǔn)確清楚顯示出礦車在巷道中運(yùn)行位置。深度指示一旦失效能迅速斷電停車。絞車控制具有手動、自動、檢修運(yùn)行及遠(yuǎn)程控制等操作方式。檢修時能手動操作，運(yùn)行速度 0.3～0.5m/s，操作方便可靠。變頻器采用模塊式結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)故障時能方便查找故障點并及時進(jìn)行更換，維修簡單。操作臺除有正常的各種操作開關(guān)與按鈕外，還有深度、速度、電壓、電流、油壓和溫度等指示，比較直觀。

     2 礦井主扇風(fēng)機(jī)實現(xiàn)自動化調(diào)頻控制

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司楊村煤礦和山東省煤炭科學(xué)研究所將可編程序控制器成功應(yīng)用于該礦南、北風(fēng)井主扇風(fēng)機(jī)自動化變頻系統(tǒng)，與國內(nèi)使用單片機(jī)、工控機(jī)進(jìn)行改造的類似項目相比，無論是可靠性還是參數(shù)變更靈活性都具有不可比擬的優(yōu)越性。

     此項成果的主要功能如下：

     ①系統(tǒng)自動化控制。PLC接到運(yùn)行指令時，判斷運(yùn)行機(jī)號和運(yùn)行方式。若為低頻方式則驅(qū)動低頻接觸器吸合，延時0.4s發(fā)出變頻器運(yùn)行令，電機(jī)啟動至設(shè)定頻率風(fēng)門絞車開啟扇風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)門，前導(dǎo)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)打開扇風(fēng)機(jī)前導(dǎo)器，使扇風(fēng)機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。若為工頻方式則控制風(fēng)機(jī)降壓啟動，當(dāng)啟動電流降至設(shè)定值時停掉降壓啟動接觸器，吸合運(yùn)行主接觸器，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)入全速運(yùn)行狀態(tài)，30s后風(fēng)門及前導(dǎo)器自動打開。

     ②風(fēng)量閉環(huán)控制。風(fēng)機(jī)低頻運(yùn)行時，風(fēng)量由給定信號控制。該信號與風(fēng)量傳感器反饋信號同時進(jìn)入PLC的A/D模塊，經(jīng)CPU比較調(diào)節(jié)后，輸出信號由D/A模塊送至變頻器頻率設(shè)定接口，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

     ③風(fēng)機(jī)低頻故障轉(zhuǎn)換。PLC在風(fēng)機(jī)低頻運(yùn)行中自動檢測變頻器運(yùn)行情況，變頻器出現(xiàn)高中時自動切除低頻系統(tǒng)使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行。

     ④電機(jī)過流保護(hù)。電機(jī)變送器將主回路電路電流信號轉(zhuǎn)換后送入CPU內(nèi)部功能存貯器，CPU在每個掃描周期將該數(shù)據(jù)與內(nèi)部電流設(shè)定值比較，超過設(shè)定值即進(jìn)行保護(hù)。

     ⑤風(fēng)門行程精確控制。PLC開閉風(fēng)機(jī)風(fēng)門時，安裝在風(fēng)門絞車主軸上的軸編碼器將風(fēng)門行程轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號送至高速記數(shù)模塊，待其譯為BCD碼后存入內(nèi)部存儲器，CPU在每個掃描周期將BCD數(shù)據(jù)與行程設(shè)定值比較，超出設(shè)定值即停車。

     3 在井下采煤系統(tǒng)應(yīng)用

     1）采煤機(jī)ACS-800變頻器的調(diào)試運(yùn)行

     ACS-800變頻器有著優(yōu)良的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果被廣泛應(yīng)用于煤礦及其它眾多行業(yè)。正確設(shè)置變頻器的基本參數(shù)是十分重要的。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號煤礦總結(jié)了采煤機(jī)ACS-800變頻器調(diào)試運(yùn)行的經(jīng)驗。

     ①選擇語言，設(shè)置電動機(jī)啟動數(shù)據(jù)。有十五種語言可供選擇，應(yīng)選（ENGLISH）英語，（FACTORY）基本應(yīng)
用于工廠、（NO）不恢復(fù)出廠設(shè)置、（DTC）直接轉(zhuǎn)矩控制。根據(jù)電動機(jī)銘牌選擇合適的電壓、頻率范圍、電動機(jī)轉(zhuǎn)速和電動機(jī)功率等。

     ②通過設(shè)置數(shù)字輸入端，實現(xiàn)外部啟動、停機(jī)和旋轉(zhuǎn)方向。加速時間就是變頻器輸出頻率由零頻升到最大頻率所需時間，一般8～10s。減速時間是從給定最大值降至零頻所需時間，一般3～5s。確保加速時不過流、減速時不過壓。加、減速時間可根據(jù)電動機(jī)功率進(jìn)行計算，實際應(yīng)用時根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整，以不出現(xiàn)過電流、過電壓為原則。

     ③加減速模式選擇。變頻器加減速有線形、非線形和S形曲線運(yùn)行模式。采煤機(jī)啟動和運(yùn)行負(fù)載變化較大，且加速度要緩慢，變頻器可選擇S形曲線運(yùn)行模式，以滿足不同的復(fù)雜地質(zhì)條件需要。

     ④設(shè)置轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。以此來提高電動機(jī)在低速啟動時轉(zhuǎn)矩提升，應(yīng)采取自動補(bǔ)償功能，確保電動機(jī)加速順利進(jìn)行。

     ⑤電子過流保護(hù)功能設(shè)置。這是為了保護(hù)電動機(jī)因過流而燒毀，漏電保護(hù)功能對電動機(jī)及電纜實時監(jiān)視絕緣情況。工作電流超過設(shè)定值時過流保護(hù)功能動作，絕緣值下降至設(shè)定值以下時漏電保護(hù)功能將切斷電源，實現(xiàn)保護(hù)牽引電動機(jī)的要求。

     ⑥模擬加載調(diào)試采煤機(jī)。接上電源后仔細(xì)觀察有無異�，F(xiàn)象，然后進(jìn)行初加速。在加速時限制頻率給定時要緩慢，頻率上升率不要太陡，以防止出現(xiàn)過電流保護(hù)。此時觀察電動機(jī)轉(zhuǎn)速是否由小到大過渡運(yùn)行平穩(wěn)確保電動機(jī)接近滿載情況下可靠運(yùn)行。

     2）電牽引采煤機(jī)變頻器故障分析與處理

     電牽引采煤機(jī)應(yīng)用變頻器替代了原先的液壓牽引方式，提高了采煤機(jī)運(yùn)行的可靠性。兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司鮑店煤礦通過大量現(xiàn)場實踐，總結(jié)出使用和維護(hù)變頻器的經(jīng)驗，保障了電牽引采煤機(jī)的正常運(yùn)行。變頻器位于牽引控制箱的右前側(cè)，主要用于控制采煤機(jī)的左右行走速度。

     對于采煤機(jī)只能進(jìn)行單向行走的單向牽引事故，除平時經(jīng)常清理按鈕表面的粉塵，并做好防銹處理以防出現(xiàn)按鈕卡住現(xiàn)象外，還要加強(qiáng)對插座的維護(hù)和保護(hù)，控制線在壓接時用力適度，線頭壓得過緊易出現(xiàn)斷絲，采煤機(jī)振動時易造成線頭虛接。

     對于采煤機(jī)運(yùn)行時能牽引，但在行走過程中經(jīng)常出現(xiàn)突然停機(jī)，停機(jī)后有時有故障顯示有時無故障顯示，復(fù)位后仍能開機(jī)的病態(tài)牽引事故，先不要急于動手，首先詢問司機(jī)關(guān)于采煤機(jī)工作運(yùn)行情況和故障現(xiàn)象，觀察功能顯示和參數(shù)顯示，仔細(xì)傾聽采煤機(jī)運(yùn)行聲音，分清是機(jī)械故障還是電氣故障，確定故障范圍，由點到面層層分析，然后再進(jìn)行事故處理。

     對于采煤機(jī)不牽引的事故，其原因可分為硬故障和軟故障。硬故障是指采煤機(jī)出現(xiàn)不牽引后信息顯示直觀，能直接從顯示窗口上獲得故障信息。軟故障是指采煤機(jī)出現(xiàn)不牽引后從顯示窗口查不出各種信息，故障點信息較模糊，難以對事故進(jìn)行處理�，F(xiàn)場處理是更換功率平衡板。該板是易損件，出現(xiàn)類似事故時應(yīng)及時更換。平常應(yīng)加強(qiáng)對變頻器電源輸入聯(lián)接線的維護(hù)，采取隔離和包扎等措施，使變頻器電源輸入線不與器壁和其它元件接觸，可有效防止事故發(fā)生。

     3）交流電牽引采煤機(jī)綜合試驗臺

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠研制的電牽引采煤機(jī)綜合試驗臺，可對ＭＣＬＥ600-DR102102、SL300、MGTY400/900-3.3D三種常用交流電牽引采煤機(jī)的電氣系統(tǒng)進(jìn)行測試，并可同時對2臺變頻器進(jìn)行試驗，由2臺變頻器分別拖動2臺交流電動機(jī)，也可一拖一或一拖二。

該綜合試驗臺由3個部分組成。

     ①交流變頻調(diào)速試驗單元：主要設(shè)備有油自冷式調(diào)壓器、三相異變電動機(jī)、直流電動機(jī)和數(shù)字式直流調(diào)速裝置、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、控制臺，實現(xiàn)交流變頻調(diào)速裝置電氣性能和牽引電機(jī)及機(jī)械性能的測試，完成變頻調(diào)速裝置保護(hù)功能的測試。能測試的項目主要有變頻器在空載狀態(tài)下的工作性能試驗、加載試驗、溫升試驗、電網(wǎng)電壓波動試驗、速度調(diào)節(jié)范圍試驗、制動與正反轉(zhuǎn)運(yùn)行試驗、機(jī)械調(diào)速特性試驗。

     ②計算機(jī)信號數(shù)據(jù)處理單元：核心設(shè)備有工業(yè)控制用計算機(jī)（含模擬量、數(shù)字量、輸入輸出接板）、寬行彩色打印機(jī)、信號調(diào)理變送電路，主要用來采集來自交流變頻調(diào)速單元的信號和數(shù)據(jù)，按照測試項目的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。

     ③采煤機(jī)控制、監(jiān)測系統(tǒng)試驗單元：共包括監(jiān)測信號模擬發(fā)生電路（分別模擬采煤機(jī)牽引部、截割部等處的電流、溫度、壓力等檢測信號，能在規(guī)定量程內(nèi)變化，并具備計量校準(zhǔn)的功能，可以代替原信號送檢測中心）、采煤機(jī)操作信號模擬發(fā)生電路（模擬采煤機(jī)的各種信號，如送電、牽啟、左行、右行等，可以代替原信號控制采煤機(jī)各部的動作）、采煤機(jī)動作響應(yīng)顯示電路（代替采煤機(jī)各部在控制中心輸出信號后作出的響應(yīng)指示），主要對采煤機(jī)控制監(jiān)測系統(tǒng)的功能進(jìn)行測試。

     4 在運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用

     1）隔爆變頻調(diào)速裝置在膠帶輸送機(jī)的應(yīng)用

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)電設(shè)備制造廠生產(chǎn)的膠帶輸送機(jī)配置4臺大功率電機(jī)驅(qū)動裝置（采用3+1模式，3套工作、1套備用）。整部輸送機(jī)由3臺電壓為 1140/660V異步電機(jī)并聯(lián)拖動，通過減速器與輸送機(jī)驅(qū)動滾筒連接，電動機(jī)與減速器、減速器與驅(qū)動滾筒之間采用蛇簧聯(lián)軸器相連接。該機(jī)采用同軸電機(jī)，即2臺電機(jī)同時控制一個驅(qū)動滾筒，要求電機(jī)啟動有良好同步性來保證系統(tǒng)功率平衡。通過對各種調(diào)速方式分析比較，決定每臺電機(jī)配置1臺QJR400型隔爆變頻調(diào)速裝置，采用隔爆變頻調(diào)速裝置對輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。

     隔爆變頻調(diào)速裝置的操作可在本機(jī)控制，也可遠(yuǎn)程控制。此機(jī)控制是靠變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)置的觸摸屏來設(shè)定運(yùn)行參數(shù)。在觸摸屏上進(jìn)行運(yùn)行和停止操作。遠(yuǎn)控時，通過工作臺對變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行外控操作。應(yīng)用變頻調(diào)速裝置時，一般采用一拖一控制。當(dāng)3臺電機(jī)同時啟動且2臺電機(jī)同軸時，在隔爆變頻調(diào)速裝置間增加主從控制功能，可任意設(shè)置其中1臺為主機(jī)、其余2臺為從機(jī)。在現(xiàn)場中設(shè)置同軸的1臺電機(jī)為主機(jī)、其余2臺電機(jī)為從機(jī)，同軸的另一臺電機(jī)設(shè)置為轉(zhuǎn)矩跟蹤，不同軸的第三臺設(shè)置為速度跟蹤。主機(jī)是調(diào)速裝置群控中的首機(jī)，其它變頻器都是從機(jī)。主機(jī)只有1臺。在運(yùn)行中只對主機(jī)控制，全部從機(jī)同步自動跟隨主機(jī)動態(tài)運(yùn)行，實現(xiàn)良好的主從關(guān)系目標(biāo)控制運(yùn)行模式。

     經(jīng)過較長時間的運(yùn)行檢驗證明，真正實現(xiàn)了電機(jī)軟啟動和膠帶輸送機(jī)軟啟動合二為一。通過電機(jī)慢速啟動帶動膠帶機(jī)緩慢啟動，將膠帶內(nèi)貯存的能量緩慢釋放，幾乎對膠帶不造成損害，設(shè)備啟動特性平穩(wěn)，極大降低了設(shè)備的維護(hù)檢修量，同時節(jié)能效果明顯。隔爆變頻調(diào)速裝置以其特有的軟啟動特性和較高的性價比，成為礦山井下膠帶輸送機(jī)驅(qū)動的發(fā)展方向。

     2）變頻器軟啟動在膠帶機(jī)中的應(yīng)用

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號煤礦井下主煤流運(yùn)輸由7條膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)組成。其中，北部膠帶機(jī)共有4個驅(qū)動單元，每臺電機(jī)的功率為31.5kW，額定電壓1140V，原先一直采用電機(jī)+耦合器的方式驅(qū)動。自從投入ZJT型1140V礦用隔爆兼本質(zhì)安全型智能變頻器以后，實現(xiàn)了膠帶輸送機(jī)軟啟動運(yùn)行，使用效果非常理想。

     使用變頻器后，驅(qū)動電機(jī)直連滾筒，通過設(shè)置變頻器輸出電流頻率由0Hz到設(shè)定頻率的變化時間，就可設(shè)置膠帶機(jī)軟啟動的啟動時間。為盡量減少膠帶機(jī)啟動時對電機(jī)及膠帶機(jī)各部件的沖擊，啟動時間可設(shè)置成10s以上。變頻器啟動力矩大，尤其適合重載啟動，這對膠帶機(jī)十分有利。膠帶機(jī)運(yùn)行時，由于環(huán)境惡劣，經(jīng)常發(fā)生各類緊急停車故障，一旦重載停車，由于耦合器在軟啟動時啟動速度過快，且對多電機(jī)驅(qū)動的膠帶機(jī)無法做到各電機(jī)的功率平衡，易造成電機(jī)過載停車，對滾筒和聯(lián)軸器等設(shè)備的損害十分大。改用變頻器后可通過調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的大小來實現(xiàn)各電機(jī)的功率平衡，在啟動過程中通過降低電機(jī)的頻率可實現(xiàn)在小電流下的大功率輸出，最大程度降低了對電機(jī)及膠帶機(jī)的損傷。

     變頻器的另一重要用途是驗帶功能。膠帶機(jī)的日常檢修工作中一個很重要的任務(wù)就是在膠帶運(yùn)行時檢修膠帶的磨損情況。但是，如果在滿速情況下很難清楚地看到膠帶的破損部位。該礦北部膠帶輸送機(jī)使用的4套變頻調(diào)速裝置可以設(shè)置兩種頻率啟動。在現(xiàn)場應(yīng)用中，將第一個頻率設(shè)置為40Hz（根據(jù)采區(qū)煤量多少自行調(diào)節(jié)）、第二個頻率設(shè)置為10Hz，對應(yīng)4.5m/s的滿速速度，能實現(xiàn)接近0.9m/s的驗帶速度。與使用耦合器作為傳動裝置相比，空載時電耗僅為 50%，重載時節(jié)省30%。

     3）變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)車電動機(jī)的應(yīng)用

     山東科技大學(xué)和兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)電設(shè)備制修廠對變頻調(diào)速技術(shù)在礦山牽引電機(jī)車上的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析研究。電機(jī)車是礦井軌道運(yùn)輸?shù)闹饕獱恳�設(shè)備。其中，架線式牽引機(jī)車多年來一直沿用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高和維修費(fèi)用大的直流電動機(jī)，而且目前國內(nèi)絕大多數(shù)礦山牽引機(jī)車還在使用觸頭電阻調(diào)速方式，處于耗電量大與維修量大的狀態(tài)。變頻調(diào)速牽引機(jī)車采用故障率低和性能可靠的三相異步交流鼠籠式電動機(jī)，結(jié)合技術(shù)先進(jìn)與節(jié)電效果顯著的變頻調(diào)速器，取代了直流電機(jī)車比較落后的驅(qū)動技術(shù)，達(dá)到當(dāng)代世界先進(jìn)技術(shù)水平。

     由于工作環(huán)境特點所致，礦用電機(jī)車調(diào)速系統(tǒng)處于頻繁的啟動、制動和加減速等狀態(tài)，還要適應(yīng)負(fù)荷上下坡和顛簸路況等情況，因此要求電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)。另外，調(diào)速系統(tǒng)不但要能四象限運(yùn)行，還要能再生制動到低速。這樣，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時，轉(zhuǎn)速就能迅速下降，而電動機(jī)輸出功率基本不變，從而使電動機(jī)不易因負(fù)載增大而引起過載。反之，當(dāng)負(fù)載變小時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速能自然上升，以利于提高生產(chǎn)效率。此外，為防止主輪打滑，調(diào)速系統(tǒng)還應(yīng)考慮具有最大轉(zhuǎn)矩限幅的功能。由于逆變器和電動機(jī)都安裝在電機(jī)車上，所以整個調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)盡可能設(shè)計得體積小、重量輕、硬件結(jié)構(gòu)簡單和控制方便。對于直接轉(zhuǎn)矩控制而言，在高速運(yùn)行階段，除電動機(jī)定子電阻，不需知道其它參數(shù)，所以直接轉(zhuǎn)矩控制對電動機(jī)參數(shù)的依賴性比矢量控制要低許多。其產(chǎn)品包括5t、8t和10t隔爆型電動機(jī)斬波調(diào)速控制裝置，目前已廣泛應(yīng)用于以電池為動力源的、交流電動機(jī)牽引驅(qū)動的礦山電機(jī)車上。

     5 地面選煤廠裝車系統(tǒng)變頻技術(shù)改造

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號煤礦裝車系統(tǒng)主要設(shè)備為4JDM-30SM調(diào)車絞車，裝車速度慢、調(diào)速能力差、故障率高。為此，他們采用變頻技術(shù)將其改造成為新型裝車系統(tǒng)。

     變頻改造的具體實施如下：

     ①在五、六股控制室各安裝1臺ACS600變頻柜，輸入和輸出分別跨接到原進(jìn)線及輸出到電機(jī)的高速連線端。原牽引控制柜仍舊保留，作為備用。為防止誤動作，變頻控制回路與原控制回路是互鎖的。要啟動變頻牽引系統(tǒng)，必須是原控制回路的主交流接觸線圈均無施加電壓，即串聯(lián)在變頻器啟動回路的常閉接點均閉合的情況下，合上變頻總開關(guān)才能使變頻啟動回路通電，變頻器啟動主交流接觸器吸合，其常開接點吸合自保，使電機(jī)處于4極運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。此時，串聯(lián)在原控制回路的常閉接點均打開，所以在變頻器運(yùn)行時，原控制回路是無法運(yùn)行的。反之，在啟動原控制回路電機(jī)運(yùn)行后（4極或8極狀態(tài)），變頻器也是無法啟動運(yùn)行的。

     ②在集控室增加1套控制與報警顯示裝置。正常運(yùn)行時操作人員可調(diào)整旋鈕使其改變運(yùn)行速度。如在運(yùn)行中出現(xiàn)短路或電機(jī)缺相過載，操作臺上將顯示并報警自動停車。

     ③在五、六股道的變速點處安裝電磁開關(guān)，其接點串入控制回路。當(dāng)牽引車經(jīng)過變速點時將自動改變牽引速度，保證它低速回窩。此外，還在車窩處安裝2臺監(jiān)視器作為后備監(jiān)視，出現(xiàn)故障時由人工操作回車。

     此項改造完成以后，牽引車實現(xiàn)了無級調(diào)速，機(jī)械的沖擊性有效改善，設(shè)備的檢修及維護(hù)周期延長，裝車能力比原來提高25%，保障了年產(chǎn)800萬t的外運(yùn)能力。采用變頻調(diào)速盡管增加一些投資，但僅節(jié)省電費(fèi)一項就能在兩年多一點的時間內(nèi)回收全部投資。

     6 在電動機(jī)的應(yīng)用

     1）在提升機(jī)主電動機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)應(yīng)用

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司鮑店煤礦通過把變頻器外部頻率給定端子與電控系統(tǒng)可編程自動化控制器的模擬量輸出端子連接，實現(xiàn)了離心式冷卻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量隨著礦井提升機(jī)主電動機(jī)定子溫度變化而自動調(diào)節(jié)，大幅度提高了風(fēng)機(jī)效率。

     該礦副井2部提升機(jī)主電動機(jī)采用離心式風(fēng)機(jī)冷卻方式，利用調(diào)節(jié)風(fēng)門開度大小來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量多少。在多年實際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其存在啟動電流大、風(fēng)機(jī)效率非常低及風(fēng)量不能自動調(diào)節(jié)等缺點。經(jīng)過論證，決定去掉調(diào)節(jié)風(fēng)門，改由變頻器來驅(qū)動離心式風(fēng)機(jī)的電動機(jī)，通過調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)動速度來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量；并將離心式風(fēng)機(jī)變頻器的控制信號引入到提升機(jī)控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了離心式風(fēng)機(jī)狀態(tài)實時監(jiān)控及風(fēng)量自動調(diào)節(jié)。結(jié)合礦井提升系統(tǒng)實際情況，選用西門子MicroMaster440 變頻器，其控制方式為矢量控制，性能穩(wěn)定可靠。

     改造后，由于在變頻器中設(shè)定了電動機(jī)啟動曲線，離心式風(fēng)機(jī)的電動機(jī)不再是全壓啟動，啟動電流由600A以上降到200A以下，大幅度減少啟動電流對電動機(jī)的沖擊。如可編程自動化控制器發(fā)出“變頻器啟動”命令6s后未得到變頻器“啟動完畢”反饋信號，則會發(fā)出離心式冷卻風(fēng)機(jī)故障的信號，并閉鎖提升機(jī)；當(dāng)變頻器發(fā)生故障不能正常工作時，離心式冷卻風(fēng)機(jī)控制方式恢復(fù)為原先方式。在主電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子中預(yù)埋了Ni100測溫電阻，利用S7-400PLC模擬量輸入模塊可很容易檢測到電動機(jī)實際溫度，利用變頻器外部頻率跟定功能可實現(xiàn)頻率隨檢測到的電動機(jī)實際溫度自動調(diào)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，有效控制提升機(jī)主電動機(jī)溫度變化；降低離心式冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的噪音，基本是免維護(hù)運(yùn)行，降低了勞動強(qiáng)度。

     2）防爆型交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)

     兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司開發(fā)出一種防爆交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)，采用最先進(jìn)的IG-BT模塊以及先進(jìn)的直接力矩控制方式，使得防爆型交流變頻驅(qū)動的各個性能指標(biāo)如啟動力矩、控制精度和快速響應(yīng)能夠俊比同類產(chǎn)品有很大的提高，同時，防爆型交流變頻驅(qū)動在煤礦井下這一特殊環(huán)境中可廣泛使用，具有很大的優(yōu)越性和巨大的經(jīng)濟(jì)利益。

     矢量控制和直接力矩控制是異步電動機(jī)變頻調(diào)速的主要控制方式。矢量控制技術(shù)要做到大范圍調(diào)速必須接速度反饋，而速度傳感器的安裝較麻煩且易于損壞。直接力矩控制在無速度傳感器的條件下仍能做到大范圍，而且具有較快的動態(tài)響應(yīng)和大起動力矩（最大能夠達(dá)到200%），非常適應(yīng)礦山大功率電動機(jī)的工作需求。

     由于直接力矩控制技術(shù)發(fā)展很快，其力矩脈動較大的缺點得到了改善，現(xiàn)在國內(nèi)外許多變頻器廠家已把此技術(shù)應(yīng)用到了通用變頻器中。因此，從先進(jìn)性和實用性兩方面考慮，防爆型交流變頻驅(qū)動器采用直接力矩控制技術(shù)。
其主要功能器件包括：

     ①功率器件。根據(jù)礦井交流異步電動機(jī)的運(yùn)行特點，同時考慮國內(nèi)整流裝置的生產(chǎn)使用情況，選用帶浪涌吸收電路且具有軟恢復(fù)特性的三相整流橋模塊。

     ②限流電路。在驅(qū)動器剛接通電源后的一段時間里，電路串入限流電阻，將電容器的充電電流限制在允許的范圍之內(nèi)。

     ③制動電路。使用制動電阻將再生到直流電路的能量消耗掉，使電壓保持在允許范圍內(nèi)。制動單元的作用是控制流經(jīng)制動電阻的放電電流。

     ④驅(qū)動控制系統(tǒng)。由速度控制環(huán)和轉(zhuǎn)矩控制環(huán)組成，采用目前最常用的微處理控制芯片和輔助電路。

     ⑤人機(jī)接口。其主要的電氣保護(hù)有短路、過電流、過載、斷相及不平衡、漏電、過壓欠壓、變頻器過溫和電動機(jī)過熱、接地故障等。