矿山机械论文范文

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关键词：矿山机械;机械安全

1矿山机械的发展现状

经过几十年的努力,我国矿山机械行业得到大力发展,但与国外同行业产品的发展水平相比,有相当大的差距,尤其是在露天挖掘设备和井下运设备等方面差距尤其明显，对矿山机械产品而言,在制造质量、外观形状可靠性、寿命、设计水平和试验手段等方面与先进工业国家相比尚有一定的差距;我国加入WTO后,为了加快基础工业的发展,必须加快矿山机械的开发与研究速度。

近年来,我国矿山机械行业通过对产品和技术的引进,或者与国外著名厂商的合作、合资,加速了产品的更新换代,矿山机械行业有了长足的进步,传统产品的结构、性能和外观有了提高和改进,制造工艺技术水平有了提升。

但是随着社会的进步和科学技术的发展,生命的安全与财产安全问题越来越受到人们的重视,机械安全也逐渐形成了一门独立的学科,并得到了社会的认同。首先,处在重载、高速等环境下工作的矿山机械如果存在隐患而不能及时发现,就可能导致如绞车损坏、钢丝绳断裂、跑车、皮带机着火等恶性事故的发生;其次,随着采矿工业机械化程度的提高,特别是大型和重型机械进入采矿场所,安全隐患对其操作和周围人员伤害的可能性也在增大。

尤为重要的是,煤矿都不同程度地存在瓦斯、煤尘突出的危险,一旦遇到明火就会爆炸,引发重、特大安全事故,造成严重的人身伤害和财产损失,为了坚决消灭引爆火源,井下设备必须具有良好的防爆性能“每年由矿山机械设备隐患导致的安全事故都给煤炭企业造成巨大损失,也给煤炭从业人员的人身安全造成严重威胁,矿山机的安全问题越来越引起了人们的高度重视。

2矿山机械安全技术的现状

2.1矿山机械设备的装备水平参差不齐

我国矿山机械设备的装备水平参差不齐，现役煤炭生产矿井大体可以分为4类:老矿及改扩建矿；现代化矿井;大型(超大型)现代矿井；乡镇中小型矿井。

(1)老矿及改扩建矿多建于解放初期,有的甚至是解放前期,由于资金和企业观念上的问题,仍然保留着建井初期的装备,设备非常落后,安全设计欠缺,虽然进行过一些技术改造仍无法满足安全生产的要求；

(2)现代化矿井大多建于20世纪80年代中、后期,广泛采用了当时较为先进的综采机械,其中国产设备占了主导地位,完全采用国产装备的高产高效工作面不断涌现,机电一体化在矿山机械设备上逐步实现；

(3)大型、超大型矿井是近年来出现的,普遍引进了国外先进的综采设备；

(4)在我国现有的2.5万个煤矿中有2.3万个是乡镇中，小型矿井,几乎都由个人承包经营,生产条件简陋,生产方式原始,普遍没有综采机械。

2.2矿山机械的研发和生产能力不断增强

经过二十几年的研究、开发,我国的交流电牵引采煤机已逐步走向成熟,掘进机从轻型发展到了中、重型,切割对象从煤拓展到了岩石,长距离的带式输送机的质量也有了很大的提高，多数国产设备也已经有了在线检测和实时监控,安全性大为提高。

3存在的主要问题

3.1我国矿山机械的安全状况不容乐观

我国的现代化矿井装备水平虽然有了很大提高,但同发达国家相比还有相当大的差距;现代化的综采设备普及率还较低,有些矿井虽采用了引进的先进设备,但由于对其他国家技术的消化还不彻底,仍不能进行正常使用和维护,一些先进的功能没有充分发挥出来,更有甚者,由于盲目追求生产,忽视安全,把安全监测装置当成影响生产的累赘而拆除,造成很大安全隐患,设备故障不能及时发现和处理。为了追求利益的最大化,原有设备没有淘汰,到了设计寿命仍在超期服役，大部分设备超负荷运转,带来很多安全隐患。井下恶劣的工作环境也是造成设备安全性降低的重要因素,潮湿、粉尘、辐射等因素的影响,导致安全监测设备的可靠性下降；部分管理人员盲目追求生产,存在侥幸心理,致使出现故障的安全监测系统得不到及时维护和更换,也是造成设备安全性降低,也是安全事故屡发的原因之一。3.2矿山机械安全检测技术需要完善

矿山机械设备长期处于重载和交变载荷状态下工作,容易产生各种安全隐患,如果没有及时发现,设备仍然处在重载、高速等环境下工作,就有可能导致恶性事故的发生。虽然现代化的测试技术与设备在不断更新,但由于矿山机械设备本身的复杂性及其工作环境的复杂性和大量不可预测的偶发事件的存在,矿山机械安全检测技术仍然需要不断完善和提高,特别是在灵敏度和可靠性方面,许多复杂的难题有待进一步研究。

3.3机械安全设计方法不够成熟

虽然目前许多机械在安全设计方面已有比较成熟的理论与方法,但是对于有些大型、复杂的关键矿山机械设备,目前安全设计只有理论,还没有成熟的、理想的安全设计方法。如:迄今为止,我国的输送机动特性研究仅停留于理论分析阶段,急需相关的实验研究和验证;在掘进机的设计方面,现在还没有适合我国地质条件的完整的截割、装运及行走的载荷谱,这些都对安全设计产生了一定的制约。与国外的机械安全设计相比有较大的差距。

3.4矿山机械安全标准急需完善和严格执行

已经制定的矿山机械安全标准涉及矿用绞车、矿井提升机、矿用提升绞车、窄轨运输车辆、地下铲运机、矿用炮孔钻机、矿用人车、液压防爆提升机和液压防爆提升绞车等,为设计、制造和使用部门提供了一个总体框架和指导原则,并使产品在预定使用范围内得到安全保证。但矿山机械产品的品种达数百种,现有的标准仅涉及了矿山机械产品的一部分,远不能满足矿山机械产品的安全要求。虽然大家都知道安全质量标准化是煤矿安全的基本保证,但是在煤炭需求旺盛的情况下,人们容易对质量标准化工作产生松懈思想和厌倦情绪,加上不菲的投入,更会促使煤矿管理者在产量、进尺与质量标准化面前,忽视质量标准化,导致安全质量标准化的滑坡,埋下事故隐患。

3.5从业人员素质亟待提高

统计资料表明,80%以上的矿山伤亡事故是人为因素造成的,由于矿山工作的艰苦和危险性,矿山机械的从业人员的组成复杂,部分机械设备操作人员文化素质低,对设备的安全性能了解不够,自我保护意识淡薄,习惯性野蛮操作等是造成矿山机械安全事故的重要因素。必须通过培训、教育等手段,不断强化操作人员的责任心和安全意识,掌握设备的安全操作要领,才能提高驾驭设备的能力;必须严格按规程操作,杜绝麻痹心理,才能减少或杜绝设备伤害事故的发生。另外,煤炭企业的管理人员过多地强调产量,追求经济利益的最大化,安全观念不强,对从业人员的上岗培训不到位,致使部分操作人员不能很好地掌握先进设备的使用方法,导致现有的设备也不能发挥应有的技术优势。

4解决措施

4.1建立矿山机械安全设计体系

矿山机械和大多数现代机械的发展方向一样,趋向于大型、重载和高速化、智能化与微型化。由于涉及安全的问题很多,单一学科的理论与方法已经不能解决问题,要尽快建立一个适应我国国情的矿山机械安全设计体系,包括理论、原理和方法,为矿山机械安全设计提供方法论的指导;对矿山机械安全设计的共性、基础性问题进行研究,特别是针对井下可燃性气体的矿山机械本质安全性设计方面加大研究力度,并建立矿山机械安全行业数据库;建立低成本、适用性强的矿山机械安全设计体系,通过设计消除已判定的危害或减少有关的风险,提高本质安全水平。

4.2转变企业观念

由于矿山机械安全问题的依附性、隐性和安全事故致因的复杂性,需要企业技术和管理人员转变企业观念,共同承担安全责任,增强安全意识。

4.3加大安全资金投入,改善机械设备现状

针对目前在矿山机械安全方面欠账严重的状况,国家应该在政策方面加强引导,在法规方面加大控制力度,在资金方面积极扶持国有重点煤矿和地方煤矿进行安全技术改造,企业在利用国家政策技改资金的同时,自身也应下大力气,多方筹措资金,补足安全欠账缺口,下决心报废一切超期服役的设备,或进行必要的装备技术改造,从而切实改善矿山机械设备安全现状。

4.4进一步制定和完善矿山机械安全的法规和标准

我国矿山机械行业的标准化工作者应密切关注国际机械安全标准的发展动向,及时跟踪各先进工业化国家的重型矿山机械及相关行业的安全技术法规与安全标准情况,加大安全标准的制定力度,积极制定与国际接轨的安全标准,使安全标准能覆盖绝大多数矿山机械产品,监察机关也应加大执法力度,保证法规和标准的严格执行。

4.5加强对矿山机械安全技术人才的培养和从业人员培训

随着我国矿山机械设备和科学技术的不断改进和发展,由机械化向半自动化和自动化的方向迈进,对人的智力和技术水平的要求也更高、更严格。为了在生产工作中做到安全、高效,促进我国机械安全体系的建立和贯彻落实,就必须从现在起加快对从事设计、科研等工作的矿山机械安全技术人才的培养,加强对作业人员和技术工人的选择和培训,全面提高矿山机械从业人员的技术水平和安全意识,继续推进煤矿安全培训标准化建设,更好地提高安全意识和安全设计的技术水平。

参考文献

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［4］管荣根,张瑞宏,顾玲.论我国矿山机械的创新与发展［J］.矿山机械,2004,(9):22-231.

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【关键词】矿山机械;情感化设计;研究与应用

一、概述

1.1情感化设计的含义

根据本文总结，得出情感化设计的大概含义。本文认为情感化设计是一种人性化的设计，其改变了传统的器械设计过程中只关注产品实用性的特点，将着眼点放于产品外形特征对于使用者的情感慰藉方面的作用，通过对产品外观的设计，使得使用者对器械进行更加有效的使用。

1.2对实现矿山机械情感化的作用的研究

本文认为，实现矿山机械情感化设计的作用表现在两个方面。首先是对于矿山作业者工作效率的影响。前文也有所提及，矿山作业相较于其他的工作来说其工作量是较为巨大的，因此，在矿山工作者工作时易产生疲劳的情绪，对工作提不起精神。而这时情感化设计就可以起到一定的作用，通过对颜色、外形等方面的改造，使得矿山工作者在进行机械使用时更具有精力。第二个影响即是对于安全性的影响。结合以往的对于矿山安全事故的报道可以得知，矿山作业的安全性虽然在近年得到了很大的提升，但是仍然具有一定的危险性，尤其是在警示不够且操作者疲乏的时候，更容易发生安全事故。情感化设计可以通过机械外形的刺激使得使用者具有警觉，从而减少事故的发生。

二、矿山机械情感化的实际应用

1、机械色彩应当保持明亮。在矿山机械的使用过程中，其外形对人产生最直接的冲击作用的就是机械的色彩。本文认为，在进行矿山机械设计的过程中，为了突出情感化设计的特点，其色彩应当从这两个方面加以注意。首先是从对使用者精神和视觉神经的刺激方面出发。据实验表明，深沉灰暗的色彩更容易使人出现疲乏的现象，而明亮的色彩可以振奋人的精神，因此，在进行矿山机械设计的时候，应当采用红、橙等明亮的颜色。但是，颜色整体应当趋于简单，不应当制造色彩斑斓的外形，尤其是仪表盘的应当尽量简单，以防使用者因为眼花缭乱而产生操作失误的现象。另一个方面是对于安全警示方面的作用。其实为了刺激人的视觉而选择的明亮色彩同时也具有个人提供警示的作用，但是本文认为，除了整体的颜色之外，为了机械操作的安全，机械上的关注部位应当用重点色彩进行标记，使得机械的使用者对其进行高度的关注，减少事故的发生。2、机械外形应当稳重可靠。除了矿山机械的色彩之外，其外形同样能给使用者起到心理暗示的作用。在我们传统的认知当中，普遍认为棱角分明的结构较之弯弯曲曲的结构更加具有安全感。而矿山机械由于其作业地点的特殊性以及其工作人员心理的特殊性，对其外表的稳重程度的要求比其他机械更高。因此，根据对矿山机械使用者情感的分析得出，其希望在较为不稳定工作环境中寻找一个稳定的依靠，因此，矿山机械的设计应当较多地利用直角和直线，以突出其稳定感。但是，从另一个方面而言，棱角分明的机械虽然看起来稳固可靠，但是也给人一种重机械的压抑感，影响矿山工作者的工作热情，因此，在进行矿山机械设计的时候，应当做到在保障整体结构的稳定可靠性的基础上融入较为柔和的线条，减缓重型机械给人心理带来的压抑感和严肃感。3、机械的操作应当具有规整性。至于矿山机械操作的规整性，可能是一个较为难于理解的概念。本文想突出的是，在矿山机械的操作过程中，其作用的效果应当具有一定的规律。例如，在运用挖煤机器的时候，挖煤机器挖出的煤最好是具有统一的大小和形状，这样的机械工作，不仅可以使得工作者心理因为煤块的整齐而感到舒心而且可以生出一种对这种机械操作的成就感。因此，要想实现矿山机械的情感化设计不仅需要对其外形进行改造，使其的作业方式变得更规整也是对增进工作者的工作效率具有重大影响的举措之一。

总的来说，要想实现矿山机械情感化设计的成功应用，就应把握住矿山工作则在工作的时候与其他工作者心理的不同，再通过研究，将能对其心理产生积极影响的元素融入到矿山机械的设计中去，以实现更安全高效的矿山工作。

作者:孔德博 张莉婷 单位:1.五矿邯邢矿业邯郸地质勘查有限公司 2.五矿邯邢矿业邯郸中冶建设有限公司

参考文献

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[2]张艳明.关于现代设计方法在矿山机械设计中的应用研究[J].科技展望,2015,(28):45.

[3]宋昊妍.论现代设计方法在矿山机械设计中的应用[J].机电技术,2015,(04):158-160.

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[5]朱艳敏.浅谈现代设计技术方法在矿山机械设计中应用[J].科技创新与应用,2014,(33):295.

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关键词：4象限运行 DTC控制技术 整流和逆变 无功功率 谐波

Application of Variable Frequency Control in the Mine Incline Hoist

Zhang Ansheng

Abstract: The paper describes the superior performance of variable-frequency control , quite fit for the mine hoist driving system in respect of speed control characteristics and special stroke control property. For the 4-quadrant operation required by hoist position load , DTC frequency converter is selected, as can not only perform 4-quadrant operation , but also offer high power factor without characteristic harmonic in spite of higher cost for the frequency converter .It can save the cost for dynamic reactive compensator and filter, and less space is required for the whole system.

Keywords: 4-quadrant operation DTC control technology rectification and reverse conversion reative power harmonic

1 引言

矿井提升机是有色金属矿山生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。提升机属于往复运动的生产机械。它的运行方式是反复的启动加速—等速—加速—匀速—减速—爬行—停车，是典型的位势负载。在选择提升机的拖动装置时，应满足提升机对电控系统的一些要求。

1）满足4象限运行。

2）调速平滑，调速精度高。

3）要设置准确可靠的速度给定装置。

4）设置行程显示和行程控制器。

5）完善的故障监视装置。

6）可靠的闸控装置。

根据提升机对电控系统的要求，提升机的电气传动方案现在大约有：绕线式异步电动机转子回路串金属电阻调速、可控硅直流调速、变频调速。

绕线式异步电动机转子回路串金属电阻调速：普遍采用交流绕线式电动机串金属电阻调速系统，金属电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行一段时间后，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。另外，提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。提升机频繁的起动﹑调速和制动，在转子电路上所串的金属电阻将消耗相当大的能量。这种交流绕线式电动机串金属电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差；低速时机械特性较软，静差率较大；金属电阻上消耗的转差功率大，节能较差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行震动大，安全性较差。

可控硅直流调速：直流电机的调速性能良好，调速方法简便、调速范围宽广平滑。可控硅直流调速在低速时功率因数很低，产生谐波对供电电网有影响。由于可控硅整流电路交流侧电流波形为方块形波形，它由与电源频率相同的基波及5，7，11，13等次的高次偕波电流组成；还由于换相时两相电压的瞬时短路造成交流电压波形的缺口，它使电压具有高频的分量；因此整流电路可以被看成是一个高次谐波电源。高次谐波电流在供电电网上会造成谐波压降，引起电网电压波形的畸变，它将影响供电电网向其它设备的供电。

变频调速：随着变频的控制技术的日益成熟和变频功率元件的加大，变频调速已广泛的应用于工业领域。变频调速节能特点显著，调试方便。

现将变频调速在矿井提升上的应用及其功能、特性、控制方式介绍如下。

2 应用事例 2.1 系统构成

提升机电控系统分为以下几部分：电源柜、变频器、PLC控制台、操作控制台和各种传感器等几部分组成。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2.1.1 电源柜

电源柜主要通过断路器向变频器、提升电动机供电，同时为PLC控制台、操作控制台提供工作电源。 本提升机系统采用PLC进行控制，PLC监视运行状况，当系统出现故障时，捕捉到第一故障信号,并在操作台的触摸屏上有醒目的故障显示，提醒维修人员对其进行针对性维护，将维护时间大大缩短，为尽快恢复生产提供了有力保障。

2.1.3 变频器设备的选型

该斜井提升机是单卷筒提升机。它采用货物串车重车上行轻（重）车下行、载人上下行的方式。在下行时电动机处于发电状态。上行时处于电动状态。这种拖动系统要求电动机频繁的正、反转起动，减速制动，而且电动机的转速按一定规律变化。

对于处于发电状态的电动机用变频器驱动可采用2种方式。

1）选用标准的变频器+制动单元+刹车电阻,将再生能量通过电阻发热消耗掉。这种调速方式虽然一次投资较小，但是不能达到良好的节能效果。而且制动单元和制动电阻功率的选择要根据制动容量来选择。制动电阻还要占用本来就很狭小的坑内硐室面积。制动电阻的散热问题较难解决。所以在方案论证时就被否定掉了。

2）采用整流/回馈单元,将再生能量通过一整流桥回馈到电网。

这种方式的整流单元有两种电路：一种是以可控硅整流电流做整流/回馈单元。因为是采用的可控硅电路就有谐波产生（上面已经论述的）。

另一种调速方案是采用可调整的整流输入单元（回馈单元，IGBT元件）后经传动单元（正常逆变单元，IG

BT元件）送电给提升电动机。当电动机处于发电状态时将能量通过整流单元回馈到电网。本方案就采用的是这种调速方案。

目前许多国外品牌的变频器都能够实现这一功能。其中水平较高的产品是ABB公司的ACS800多传动系列和西门子公司6SE70带AFE整流/回馈单元的产品。

ABB公司ACS800-17系列先进的变频器，是第一代采用直接转矩控制技术（DTC）的变频器。它能控制提升交流电动机达到完美的极限。经过论证选择了ABB公司的ACS800-17-0390-3全数字交流变频调速装置。它的一些功能在下面叙述。

2.1.4 三体式控制台

控制台上设有自动、手动、检修转换开关，前方操作台上设有液晶触摸屏及各种仪表、信号灯，左侧操作台设有液压站工作闸控制手柄、右侧操作台设有正反向速度给定手柄。

1）在控制台上的液晶触摸屏上采用翻页的方式做有多幅组态界面：监控主界面、闸控液压站界面、后备保护界面、故障查询界面、电源监控界面、变频器运行界面、提升信号状态界面。

2）每个界面上均有返回主界面的按钮，主界面上主要监视矿车的实际运行位置、提升时每个时刻的速度、液压站的运行状况、较严重的故障报警。主界面上还有相应的提升信号显示。

3）闸控液压站界面主要显示液压站的油压、油温、液位、液压站的电动机工作状态、液压工作闸指示、油压力等。

4）后备保护界面主要显示：深度指示器监视、松绳保护、冷却风机、电机温度保护、减速器温度保护、减速点保护、减速点失效保护、上2 m开关故障、下2 m开关故障、上同步开关故障、下同步开关故障、上过卷、下过卷、上减速开关故障、下减速开关故障、错向保护、减速过速、等速过速、一级制动、二级制动、电流过载等。

5）故障查询界面主要用于对各种故障情况进行查询、追忆，便于对设备的维护和管理。

6）电源监控界面主要显示系统的电源原理图及主回路电流和电压。

7）变频器运行界面可以显示变频器运行时的各种参数：散热器的温度、电流、频率、转矩及各种故障。

2.2 电动机的工作过程

提升机无论正转、反转其工作过程是相同的，都有起动加速、稳定运行、减速制动停车等3个阶段。每提升一次运行的时间，与系统的运行速度，加速度及斜井的深度有关，各段加速度的大小，根据工艺情况确定。不论它工作在何种速段，电动机只是处于电动机状态和发电机状态。图2中将6号人车上提和人车下放的各个速段的工作情况说明如下：由于人车是在斜井中运行，可以省去中速运行和低速爬行的2个阶段，因此本系统由7阶段速度图改为3阶段速度图。载人的力图如图3所示。

图2 速度图

2.2.1 人车提升工作状态

1）第1阶段t0～t1：人车初始位置于靠近井下提升中段以上的斜井卷扬道上，待人员上满后，

图3 载人的力图

发一个联络信号给井口PLC，PLC回复一个信号到井底，然后开机加速提升。重车从井下开始上行，变频器拖动交流电动机上行。这时的电动机处于电动状态，变频器输出功率给电动机。在启动的瞬间的力矩较大，随着人车的上升变频器的出力有所减少。 3）第3阶段t2～t3：当重车快到井口时PLC发出减速信号，人车开始减速，变频器减少输出功率，重车的速度逐渐下降，直到速度为零。达到停车位置后，在工作制动闸起作用之前，由于车厢还载有重物，虽然电动机的转速为零，但是变频器依然可以提供满力矩拉住重车。一旦PLC发出机械抱闸信号，在下工作闸的同时，变频器也停止工作。整个提升过程结束。

经过t3～t4：20 s的休止时间间隙开始人车下放工作状态

2.2.2 人车下放工作状态

1）第1阶段t4～t5：重车从井口下放。PLC给变频器输出给定信号，松工作闸，人车下滑。由于此时的工作状态是下行，电动机处于发电状态，变频器处于能量回馈到电网状态。在启动瞬间以后随着人车的下放，重力增加，变频器的能量回馈有所增加。

2）第2阶段t5～t6：重车以最大速度稳定运行，电动机始终处于发电状态，这段过程时间最长。随着人车不断下放，系统重力不断增加，变频器能量回馈随之增加。

3）第3阶段t6～t7：当重车快到停车位置时PLC发出减速信号，人车减速，变频器能量回馈再次增加，重车的速度逐渐下降。直到速度为零。 达到停车位置后，在工作制动闸起作用之前，由于车厢还载有重物，虽然电动机的转速为零，但是变频器依然可以提供满力矩拉住重车。一旦PLC发出机械抱闸信号，在下工作闸的同时，变频器也停止工作。整个提升过程结束。

3 先进的控制方式

本系统采用ABB的ACS800-17变频器是ABB公司先进的变频器，它是第一代采用直接转矩控制技术（DTC）的交流变频器，作为提升专用变频器它还具有特殊的提升功能：特殊的应用程序，包括标准提升机系统的功能；转矩记忆，功率优化，限幅开关监控，机械制动器控制，转矩验证等。

它的功率部分（见图4）有LCL滤波器，供电模块（回馈模块），逆变器（传动单元）组成。

图4 功率部分框图 图5 IGBT供电单元原理图

电机的控制采用直接转矩控制技术（DTC）的方法。为了实现这一功能，需要测量二相电流和中间直流回路的电压。第三相的控制测量用于接地（对地）故障保护。

从提升和下放两个工作状态上看，该系统的运行过程主要分为两个过程：

1）提升电动机在提升过程中始终是电动机拖动人车上行，电动机始终处于电动状态，即变频器始终向电动机提供能量的过程。该过程主要由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。如图6所示。其中正常逆变过程是其核心部分，它改变电机定子的供电频率，从而改变输出电压，起到调速作用。

图6 传动单元原理图

2）提升电动机在下放过程中始终是人车拖动电动机下行，电动机始终处于发电状态，即变频器始终向电网回馈能量的过程。该过程主要由整流、回馈逆变 和输出滤波三部分组成。其中该部分的整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。二极管为隔离二极管，其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。电容的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压源，保证逆变部分运行更可靠。回馈逆变部分是整个回馈过程的核心部分，该部分实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致。

ABB的ACS800多传动采用了先进的直接转矩控制方式（DTC）。

3.1 直接转矩控制

直接转矩控制技术是ABB公司开发研制的。逆变器的通断直接控制电动机关键的变量：磁通和转矩。

传动单元初次启动时自动进入励磁识别模式，传动单元带动电动机运行一段时间后传动单元建立并优化电动机的数学模型。

测量电动机电流和电压作为自适应电动机模型的输入，这个模型每隔25 μs产生一组精确的转矩和磁通的实际值。直接转矩控制的性能就是基于准确的电动机模型。

3.2 零转速满转矩

在电动机获得解除封锁信号后，电动机的速度设定值还未给定时，由于人车的重力作用有一个向下的力。这时变频器虽然没有输出电压但已经有电流输出，它使电动机有一个和重力相反的力矩使人车不下滑。而且可以使电动机输出满转矩。

ABB变频器带动的电动机能够获得在零速时电动机的额定转矩。

3.3 直流励磁

当选择了直流励磁功能后，变频器在启动前可自动给电动机定子绕组加一个直流电流励磁，这个特性保证有足够高的启动转矩，甚至200％的电动机额定转矩。电动机建立磁场的时间可以根据情况进行调整，也可以通过变频器根据电动机的数学模型来决定。在机械抱闸释放的时候已经建立起转矩，以保持电动机不会被重车拖动而发生转动。

3.4 加速/减速斜波 因为矿井提升是需要平稳的、圆滑的、特别是人车还要乘坐的人尽量在无知觉的行进中改变速度。对于矿井提升选用S曲线比较好。

3.5 磁通制动

在电动机制动过程中变频器根据在启动开始获得的电动机数学模型提高电动机的磁场以达到快速制动的目的。

变频器能通过提高电动机的磁场来提供足够快的减速。当增加电动机磁通后，电动机在制动过程中产生的能量能够被转化为电动机的发热能量。变频器持续监视电动机的状态，在磁通制动时也不停止监视。因此，磁通制动也能用于停止电动机和从一个转速变换到另一个转速。从一个转速变换到另一个转速用直流注入制动是不可能实现的。磁通制动与直流注入制动相比还有其它一些优点。

1）在停止命令给出后，制动迅速启动。在直流注入制动中，在停止命令给出后通常有一段时间的延时，制动才能启动。

2）电动机冷却的速率更高。在磁通制动过程中电动机定子的电流增加。在直流注入制动过程中电动机的转子电流增加。定子的散热比转子散热的速度更快。

3.6 磁通优化

ABB变频器的磁通优化减少了总能耗，并且减小了当传动运行在低于额定负载时的电动机噪音。总效率（电动机和传动）能提高1% ~ 10%，大小取决于负载转矩和速度。

4 系统中变频器部分先进功能简述

1）速度监视。本功能用于监测电动机速度：确定电动机零速旋转、在电动机超速时给出跳闸信号。

2）转矩监视。监测电动机在加速和减速时是否能够跟随速度给定，在正常运行和加/减速期间是否产生过度的速度偏差

3）快速停车。可设定不同的停车类型：

①仅带有转矩限制；

②带有转矩限制和机械制动；

③仅带有机械制动。

4）其他还有：转矩验证、功率优化、位置测量等等很多专门用于提升应用的功能,变频器本身具有松绳及过载保护功能。

5 系统的优点

1）软启动软停车。减小了机械冲击, 启动及加速换档时对电网冲击电流很小,使提升系统和电网运行更加稳定可靠. 变频器本身提供的功能使机械制动与电制动有机的结合起来，保证系统的绝对安全。

2）外围控制采用PLC。其与各部传感器,构成闭环控制(也可采用开环控制)，友好的人机界面时时监测系统运行情况,简化了系统构成,减小了人工劳动强度。

3）实现了无级调速。调速范围宽,运行曲线呈S型,使加/减速平滑,无冲击感。

4）安全保护功能齐全。外壳IP54防护等级,变频器除一般过流、直流过压、直流欠压、变频器过温、短路、输入缺相、环境温度、过频、I/O控制板内部故障外, 还具可编程故障保护功能、 AI 5）系统4象限运行。能量直接回馈电网,且不受回馈能量大小的限制,则保证了提升机运行时可频繁的停车,启动及换向，节约大量电能。

6）控制精度高、动态性能好。采用全数字、IGBT逆变器变频单元向负载提供变频电源，使所有控制功能均由参数设定完成。直接转矩控制，可实现高动态性能的转速控制、转矩控制。旋转脉冲编码器的使用，可实现提升机的精确定位。

1 ABB-ACS800硬件手册

2 ABB-ACS800多传动模块手册

3 ABB-ACS800-104逆变器模块硬件手册

4 ABB-ACS800标准应用程序

5 采矿手册(5). 冶金工业出版社

6 洪晓华，陈军. 矿井运输提升.中国矿业大学出版社