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關鍵詞：礦山機械;機械安全

1礦山機械的發展現狀

經過幾十年的努力,我國礦山機械行業得到大力發展,但與國外同行業產品的發展水平相比,有相當大的差距,尤其是在露天挖掘設備和井下運設備等方面差距尤其明顯，對礦山機械產品而言,在制造質量、外觀形狀可靠性、壽命、設計水平和試驗手段等方面與先進工業國家相比尚有一定的差距;我國加入WTO后,為了加快基礎工業的發展,必須加快礦山機械的開發與研究速度。

近年來,我國礦山機械行業通過對產品和技術的引進,或者與國外著名廠商的合作、合資,加速了產品的更新換代,礦山機械行業有了長足的進步,傳統產品的結構、性能和外觀有了提高和改進,制造工藝技術水平有了提升。

但是隨著社會的進步和科學技術的發展,生命的安全與財產安全問題越來越受到人們的重視,機械安全也逐漸形成了一門獨立的學科,并得到了社會的認同。首先,處在重載、高速等環境下工作的礦山機械如果存在隱患而不能及時發現,就可能導致如絞車損壞、鋼絲繩斷裂、跑車、皮帶機著火等惡性事故的發生;其次,隨著采礦工業機械化程度的提高,特別是大型和重型機械進入采礦場所,安全隱患對其操作和周圍人員傷害的可能性也在增大。

尤為重要的是,煤礦都不同程度地存在瓦斯、煤塵突出的危險,一旦遇到明火就會爆炸,引發重、特大安全事故,造成嚴重的人身傷害和財產損失,為了堅決消滅引爆火源,井下設備必須具有良好的防爆性能“每年由礦山機械設備隱患導致的安全事故都給煤炭企業造成巨大損失,也給煤炭從業人員的人身安全造成嚴重威脅,礦山機的安全問題越來越引起了人們的高度重視。

2礦山機械安全技術的現狀

2.1礦山機械設備的裝備水平參差不齊

我國礦山機械設備的裝備水平參差不齊，現役煤炭生產礦井大體可以分為4類:老礦及改擴建礦；現代化礦井;大型(超大型)現代礦井；鄉鎮中小型礦井。

(1)老礦及改擴建礦多建于解放初期,有的甚至是解放前期,由于資金和企業觀念上的問題,仍然保留著建井初期的裝備,設備非常落后,安全設計欠缺,雖然進行過一些技術改造仍無法滿足安全生產的要求；

(2)現代化礦井大多建于20世紀80年代中、后期,廣泛采用了當時較為先進的綜采機械,其中國產設備占了主導地位,完全采用國產裝備的高產高效工作面不斷涌現,機電一體化在礦山機械設備上逐步實現；

(3)大型、超大型礦井是近年來出現的,普遍引進了國外先進的綜采設備；

(4)在我國現有的2.5萬個煤礦中有2.3萬個是鄉鎮中，小型礦井,幾乎都由個人承包經營,生產條件簡陋,生產方式原始,普遍沒有綜采機械。

2.2礦山機械的研發和生產能力不斷增強

經過二十幾年的研究、開發,我國的交流電牽引采煤機已逐步走向成熟,掘進機從輕型發展到了中、重型,切割對象從煤拓展到了巖石,長距離的帶式輸送機的質量也有了很大的提高，多數國產設備也已經有了在線檢測和實時監控,安全性大為提高。

3存在的主要問題

3.1我國礦山機械的安全狀況不容樂觀

我國的現代化礦井裝備水平雖然有了很大提高,但同發達國家相比還有相當大的差距;現代化的綜采設備普及率還較低,有些礦井雖采用了引進的先進設備,但由于對其他國家技術的消化還不徹底,仍不能進行正常使用和維護,一些先進的功能沒有充分發揮出來,更有甚者,由于盲目追求生產,忽視安全,把安全監測裝置當成影響生產的累贅而拆除,造成很大安全隱患,設備故障不能及時發現和處理。為了追求利益的最大化,原有設備沒有淘汰,到了設計壽命仍在超期服役，大部分設備超負荷運轉,帶來很多安全隱患。井下惡劣的工作環境也是造成設備安全性降低的重要因素,潮濕、粉塵、輻射等因素的影響,導致安全監測設備的可靠性下降；部分管理人員盲目追求生產,存在僥幸心理,致使出現故障的安全監測系統得不到及時維護和更換,也是造成設備安全性降低,也是安全事故屢發的原因之一。3.2礦山機械安全檢測技術需要完善

礦山機械設備長期處于重載和交變載荷狀態下工作,容易產生各種安全隱患,如果沒有及時發現,設備仍然處在重載、高速等環境下工作,就有可能導致惡性事故的發生。雖然現代化的測試技術與設備在不斷更新,但由于礦山機械設備本身的復雜性及其工作環境的復雜性和大量不可預測的偶發事件的存在,礦山機械安全檢測技術仍然需要不斷完善和提高,特別是在靈敏度和可靠性方面,許多復雜的難題有待進一步研究。

3.3機械安全設計方法不夠成熟

雖然目前許多機械在安全設計方面已有比較成熟的理論與方法,但是對于有些大型、復雜的關鍵礦山機械設備,目前安全設計只有理論,還沒有成熟的、理想的安全設計方法。如:迄今為止,我國的輸送機動特性研究僅停留于理論分析階段,急需相關的實驗研究和驗證;在掘進機的設計方面,現在還沒有適合我國地質條件的完整的截割、裝運及行走的載荷譜,這些都對安全設計產生了一定的制約。與國外的機械安全設計相比有較大的差距。

3.4礦山機械安全標準急需完善和嚴格執行

已經制定的礦山機械安全標準涉及礦用絞車、礦井提升機、礦用提升絞車、窄軌運輸車輛、地下鏟運機、礦用炮孔鉆機、礦用人車、液壓防爆提升機和液壓防爆提升絞車等,為設計、制造和使用部門提供了一個總體框架和指導原則,并使產品在預定使用范圍內得到安全保證。但礦山機械產品的品種達數百種,現有的標準僅涉及了礦山機械產品的一部分,遠不能滿足礦山機械產品的安全要求。雖然大家都知道安全質量標準化是煤礦安全的基本保證,但是在煤炭需求旺盛的情況下,人們容易對質量標準化工作產生松懈思想和厭倦情緒,加上不菲的投入,更會促使煤礦管理者在產量、進尺與質量標準化面前,忽視質量標準化,導致安全質量標準化的滑坡,埋下事故隱患。

3.5從業人員素質亟待提高

統計資料表明,80%以上的礦山傷亡事故是人為因素造成的,由于礦山工作的艱苦和危險性,礦山機械的從業人員的組成復雜,部分機械設備操作人員文化素質低,對設備的安全性能了解不夠,自我保護意識淡薄,習慣性野蠻操作等是造成礦山機械安全事故的重要因素。必須通過培訓、教育等手段,不斷強化操作人員的責任心和安全意識,掌握設備的安全操作要領,才能提高駕馭設備的能力;必須嚴格按規程操作,杜絕麻痹心理,才能減少或杜絕設備傷害事故的發生。另外,煤炭企業的管理人員過多地強調產量,追求經濟利益的最大化,安全觀念不強,對從業人員的上崗培訓不到位,致使部分操作人員不能很好地掌握先進設備的使用方法,導致現有的設備也不能發揮應有的技術優勢。

4解決措施

4.1建立礦山機械安全設計體系

礦山機械和大多數現代機械的發展方向一樣,趨向于大型、重載和高速化、智能化與微型化。由于涉及安全的問題很多,單一學科的理論與方法已經不能解決問題,要盡快建立一個適應我國國情的礦山機械安全設計體系,包括理論、原理和方法,為礦山機械安全設計提供方法論的指導;對礦山機械安全設計的共性、基礎性問題進行研究,特別是針對井下可燃性氣體的礦山機械本質安全性設計方面加大研究力度,并建立礦山機械安全行業數據庫;建立低成本、適用性強的礦山機械安全設計體系,通過設計消除已判定的危害或減少有關的風險,提高本質安全水平。

4.2轉變企業觀念

由于礦山機械安全問題的依附性、隱性和安全事故致因的復雜性,需要企業技術和管理人員轉變企業觀念,共同承擔安全責任,增強安全意識。

4.3加大安全資金投入,改善機械設備現狀

針對目前在礦山機械安全方面欠賬嚴重的狀況,國家應該在政策方面加強引導,在法規方面加大控制力度,在資金方面積極扶持國有重點煤礦和地方煤礦進行安全技術改造,企業在利用國家政策技改資金的同時,自身也應下大力氣,多方籌措資金,補足安全欠賬缺口,下決心報廢一切超期服役的設備,或進行必要的裝備技術改造,從而切實改善礦山機械設備安全現狀。

4.4進一步制定和完善礦山機械安全的法規和標準

我國礦山機械行業的標準化工作者應密切關注國際機械安全標準的發展動向,及時跟蹤各先進工業化國家的重型礦山機械及相關行業的安全技術法規與安全標準情況,加大安全標準的制定力度,積極制定與國際接軌的安全標準,使安全標準能覆蓋絕大多數礦山機械產品,監察機關也應加大執法力度,保證法規和標準的嚴格執行。

4.5加強對礦山機械安全技術人才的培養和從業人員培訓

隨著我國礦山機械設備和科學技術的不斷改進和發展,由機械化向半自動化和自動化的方向邁進,對人的智力和技術水平的要求也更高、更嚴格。為了在生產工作中做到安全、高效,促進我國機械安全體系的建立和貫徹落實,就必須從現在起加快對從事設計、科研等工作的礦山機械安全技術人才的培養,加強對作業人員和技術工人的選擇和培訓,全面提高礦山機械從業人員的技術水平和安全意識,繼續推進煤礦安全培訓標準化建設,更好地提高安全意識和安全設計的技術水平。

參考文獻

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【關鍵詞】礦山機械;情感化設計;研究與應用

一、概述

1.1情感化設計的含義

根據本文總結，得出情感化設計的大概含義。本文認為情感化設計是一種人性化的設計，其改變了傳統的器械設計過程中只關注產品實用性的特點，將著眼點放于產品外形特征對于使用者的情感慰藉方面的作用，通過對產品外觀的設計，使得使用者對器械進行更加有效的使用。

1.2對實現礦山機械情感化的作用的研究

本文認為，實現礦山機械情感化設計的作用表現在兩個方面。首先是對于礦山作業者工作效率的影響。前文也有所提及，礦山作業相較于其他的工作來說其工作量是較為巨大的，因此，在礦山工作者工作時易產生疲勞的情緒，對工作提不起精神。而這時情感化設計就可以起到一定的作用，通過對顏色、外形等方面的改造，使得礦山工作者在進行機械使用時更具有精力。第二個影響即是對于安全性的影響。結合以往的對于礦山安全事故的報道可以得知，礦山作業的安全性雖然在近年得到了很大的提升，但是仍然具有一定的危險性，尤其是在警示不夠且操作者疲乏的時候，更容易發生安全事故。情感化設計可以通過機械外形的刺激使得使用者具有警覺，從而減少事故的發生。

二、礦山機械情感化的實際應用

1、機械色彩應當保持明亮。在礦山機械的使用過程中，其外形對人產生最直接的沖擊作用的就是機械的色彩。本文認為，在進行礦山機械設計的過程中，為了突出情感化設計的特點，其色彩應當從這兩個方面加以注意。首先是從對使用者精神和視覺神經的刺激方面出發。據實驗表明，深沉灰暗的色彩更容易使人出現疲乏的現象，而明亮的色彩可以振奮人的精神，因此，在進行礦山機械設計的時候，應當采用紅、橙等明亮的顏色。但是，顏色整體應當趨于簡單，不應當制造色彩斑斕的外形，尤其是儀表盤的應當盡量簡單，以防使用者因為眼花繚亂而產生操作失誤的現象。另一個方面是對于安全警示方面的作用。其實為了刺激人的視覺而選擇的明亮色彩同時也具有個人提供警示的作用，但是本文認為，除了整體的顏色之外，為了機械操作的安全，機械上的關注部位應當用重點色彩進行標記，使得機械的使用者對其進行高度的關注，減少事故的發生。2、機械外形應當穩重可靠。除了礦山機械的色彩之外，其外形同樣能給使用者起到心理暗示的作用。在我們傳統的認知當中，普遍認為棱角分明的結構較之彎彎曲曲的結構更加具有安全感。而礦山機械由于其作業地點的特殊性以及其工作人員心理的特殊性，對其外表的穩重程度的要求比其他機械更高。因此，根據對礦山機械使用者情感的分析得出，其希望在較為不穩定工作環境中尋找一個穩定的依靠，因此，礦山機械的設計應當較多地利用直角和直線，以突出其穩定感。但是，從另一個方面而言，棱角分明的機械雖然看起來穩固可靠，但是也給人一種重機械的壓抑感，影響礦山工作者的工作熱情，因此，在進行礦山機械設計的時候，應當做到在保障整體結構的穩定可靠性的基礎上融入較為柔和的線條，減緩重型機械給人心理帶來的壓抑感和嚴肅感。3、機械的操作應當具有規整性。至于礦山機械操作的規整性，可能是一個較為難于理解的概念。本文想突出的是，在礦山機械的操作過程中，其作用的效果應當具有一定的規律。例如，在運用挖煤機器的時候，挖煤機器挖出的煤最好是具有統一的大小和形狀，這樣的機械工作，不僅可以使得工作者心理因為煤塊的整齊而感到舒心而且可以生出一種對這種機械操作的成就感。因此，要想實現礦山機械的情感化設計不僅需要對其外形進行改造，使其的作業方式變得更規整也是對增進工作者的工作效率具有重大影響的舉措之一。

總的來說，要想實現礦山機械情感化設計的成功應用，就應把握住礦山工作則在工作的時候與其他工作者心理的不同，再通過研究，將能對其心理產生積極影響的元素融入到礦山機械的設計中去，以實現更安全高效的礦山工作。

作者:孔德博 張莉婷 單位:1.五礦邯邢礦業邯鄲地質勘查有限公司 2.五礦邯邢礦業邯鄲中冶建設有限公司

參考文獻

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關鍵詞：4象限運行 DTC控制技術 整流和逆變 無功功率 諧波

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

礦井提升機是有色金屬礦山生產過程中的重要設備。提升機的安全、可靠運行，直接關系到企業的生產狀況和經濟效益。提升機屬于往復運動的生產機械。它的運行方式是反復的啟動加速—等速—加速—勻速—減速—爬行—停車，是典型的位勢負載。在選擇提升機的拖動裝置時，應滿足提升機對電控系統的一些要求。

1）滿足4象限運行。

2）調速平滑，調速精度高。

3）要設置準確可靠的速度給定裝置。

4）設置行程顯示和行程控制器。

5）完善的故障監視裝置。

6）可靠的閘控裝置。

根據提升機對電控系統的要求，提升機的電氣傳動方案現在大約有：繞線式異步電動機轉子回路串金屬電阻調速、可控硅直流調速、變頻調速。

繞線式異步電動機轉子回路串金屬電阻調速：普遍采用交流繞線式電動機串金屬電阻調速系統，金屬電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統由于調速過程中交流接觸器動作頻繁，設備運行一段時間后，交流接觸器主觸頭易氧化，引發設備故障。另外，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經常會造成停車位置不準確。提升機頻繁的起動﹑調速和制動，在轉子電路上所串的金屬電阻將消耗相當大的能量。這種交流繞線式電動機串金屬電阻調速系統屬于有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；金屬電阻上消耗的轉差功率大，節能較差；起動過程和調速換擋過程中電流沖擊大；中高速運行震動大，安全性較差。

可控硅直流調速：直流電機的調速性能良好，調速方法簡便、調速范圍寬廣平滑?？煽毓柚绷髡{速在低速時功率因數很低，產生諧波對供電電網有影響。由于可控硅整流電路交流側電流波形為方塊形波形，它由與電源頻率相同的基波及5，7，11，13等次的高次偕波電流組成；還由于換相時兩相電壓的瞬時短路造成交流電壓波形的缺口，它使電壓具有高頻的分量；因此整流電路可以被看成是一個高次諧波電源。高次諧波電流在供電電網上會造成諧波壓降，引起電網電壓波形的畸變，它將影響供電電網向其它設備的供電。

變頻調速：隨著變頻的控制技術的日益成熟和變頻功率元件的加大，變頻調速已廣泛的應用于工業領域。變頻調速節能特點顯著，調試方便。

現將變頻調速在礦井提升上的應用及其功能、特性、控制方式介紹如下。

2 應用事例 2.1 系統構成

提升機電控系統分為以下幾部分：電源柜、變頻器、PLC控制臺、操作控制臺和各種傳感器等幾部分組成。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

2.1.1 電源柜

電源柜主要通過斷路器向變頻器、提升電動機供電，同時為PLC控制臺、操作控制臺提供工作電源。 本提升機系統采用PLC進行控制，PLC監視運行狀況，當系統出現故障時，捕捉到第一故障信號,并在操作臺的觸摸屏上有醒目的故障顯示，提醒維修人員對其進行針對性維護，將維護時間大大縮短，為盡快恢復生產提供了有力保障。

2.1.3 變頻器設備的選型

該斜井提升機是單卷筒提升機。它采用貨物串車重車上行輕（重）車下行、載人上下行的方式。在下行時電動機處于發電狀態。上行時處于電動狀態。這種拖動系統要求電動機頻繁的正、反轉起動，減速制動，而且電動機的轉速按一定規律變化。

對于處于發電狀態的電動機用變頻器驅動可采用2種方式。

1）選用標準的變頻器+制動單元+剎車電阻,將再生能量通過電阻發熱消耗掉。這種調速方式雖然一次投資較小，但是不能達到良好的節能效果。而且制動單元和制動電阻功率的選擇要根據制動容量來選擇。制動電阻還要占用本來就很狹小的坑內硐室面積。制動電阻的散熱問題較難解決。所以在方案論證時就被否定掉了。

2）采用整流/回饋單元,將再生能量通過一整流橋回饋到電網。

這種方式的整流單元有兩種電路：一種是以可控硅整流電流做整流/回饋單元。因為是采用的可控硅電路就有諧波產生（上面已經論述的）。

另一種調速方案是采用可調整的整流輸入單元（回饋單元，IGBT元件）后經傳動單元（正常逆變單元，IG

BT元件）送電給提升電動機。當電動機處于發電狀態時將能量通過整流單元回饋到電網。本方案就采用的是這種調速方案。

目前許多國外品牌的變頻器都能夠實現這一功能。其中水平較高的產品是ABB公司的ACS800多傳動系列和西門子公司6SE70帶AFE整流/回饋單元的產品。

ABB公司ACS800-17系列先進的變頻器，是第一代采用直接轉矩控制技術（DTC）的變頻器。它能控制提升交流電動機達到完美的極限。經過論證選擇了ABB公司的ACS800-17-0390-3全數字交流變頻調速裝置。它的一些功能在下面敘述。

2.1.4 三體式控制臺

控制臺上設有自動、手動、檢修轉換開關，前方操作臺上設有液晶觸摸屏及各種儀表、信號燈，左側操作臺設有液壓站工作閘控制手柄、右側操作臺設有正反向速度給定手柄。

1）在控制臺上的液晶觸摸屏上采用翻頁的方式做有多幅組態界面：監控主界面、閘控液壓站界面、后備保護界面、故障查詢界面、電源監控界面、變頻器運行界面、提升信號狀態界面。

2）每個界面上均有返回主界面的按鈕，主界面上主要監視礦車的實際運行位置、提升時每個時刻的速度、液壓站的運行狀況、較嚴重的故障報警。主界面上還有相應的提升信號顯示。

3）閘控液壓站界面主要顯示液壓站的油壓、油溫、液位、液壓站的電動機工作狀態、液壓工作閘指示、油壓力等。

4）后備保護界面主要顯示：深度指示器監視、松繩保護、冷卻風機、電機溫度保護、減速器溫度保護、減速點保護、減速點失效保護、上2 m開關故障、下2 m開關故障、上同步開關故障、下同步開關故障、上過卷、下過卷、上減速開關故障、下減速開關故障、錯向保護、減速過速、等速過速、一級制動、二級制動、電流過載等。

5）故障查詢界面主要用于對各種故障情況進行查詢、追憶，便于對設備的維護和管理。

6）電源監控界面主要顯示系統的電源原理圖及主回路電流和電壓。

7）變頻器運行界面可以顯示變頻器運行時的各種參數：散熱器的溫度、電流、頻率、轉矩及各種故障。

2.2 電動機的工作過程

提升機無論正轉、反轉其工作過程是相同的，都有起動加速、穩定運行、減速制動停車等3個階段。每提升一次運行的時間，與系統的運行速度，加速度及斜井的深度有關，各段加速度的大小，根據工藝情況確定。不論它工作在何種速段，電動機只是處于電動機狀態和發電機狀態。圖2中將6號人車上提和人車下放的各個速段的工作情況說明如下：由于人車是在斜井中運行，可以省去中速運行和低速爬行的2個階段，因此本系統由7階段速度圖改為3階段速度圖。載人的力圖如圖3所示。

圖2 速度圖

2.2.1 人車提升工作狀態

1）第1階段t0～t1：人車初始位置于靠近井下提升中段以上的斜井卷揚道上，待人員上滿后，

圖3 載人的力圖

發一個聯絡信號給井口PLC，PLC回復一個信號到井底，然后開機加速提升。重車從井下開始上行，變頻器拖動交流電動機上行。這時的電動機處于電動狀態，變頻器輸出功率給電動機。在啟動的瞬間的力矩較大，隨著人車的上升變頻器的出力有所減少。 3）第3階段t2～t3：當重車快到井口時PLC發出減速信號，人車開始減速，變頻器減少輸出功率，重車的速度逐漸下降，直到速度為零。達到停車位置后，在工作制動閘起作用之前，由于車廂還載有重物，雖然電動機的轉速為零，但是變頻器依然可以提供滿力矩拉住重車。一旦PLC發出機械抱閘信號，在下工作閘的同時，變頻器也停止工作。整個提升過程結束。

經過t3～t4：20 s的休止時間間隙開始人車下放工作狀態

2.2.2 人車下放工作狀態

1）第1階段t4～t5：重車從井口下放。PLC給變頻器輸出給定信號，松工作閘，人車下滑。由于此時的工作狀態是下行，電動機處于發電狀態，變頻器處于能量回饋到電網狀態。在啟動瞬間以后隨著人車的下放，重力增加，變頻器的能量回饋有所增加。

2）第2階段t5～t6：重車以最大速度穩定運行，電動機始終處于發電狀態，這段過程時間最長。隨著人車不斷下放，系統重力不斷增加，變頻器能量回饋隨之增加。

3）第3階段t6～t7：當重車快到停車位置時PLC發出減速信號，人車減速，變頻器能量回饋再次增加，重車的速度逐漸下降。直到速度為零。 達到停車位置后，在工作制動閘起作用之前，由于車廂還載有重物，雖然電動機的轉速為零，但是變頻器依然可以提供滿力矩拉住重車。一旦PLC發出機械抱閘信號，在下工作閘的同時，變頻器也停止工作。整個提升過程結束。

3 先進的控制方式

本系統采用ABB的ACS800-17變頻器是ABB公司先進的變頻器，它是第一代采用直接轉矩控制技術（DTC）的交流變頻器，作為提升專用變頻器它還具有特殊的提升功能：特殊的應用程序，包括標準提升機系統的功能；轉矩記憶，功率優化，限幅開關監控，機械制動器控制，轉矩驗證等。

它的功率部分（見圖4）有LCL濾波器，供電模塊（回饋模塊），逆變器（傳動單元）組成。

圖4 功率部分框圖 圖5 IGBT供電單元原理圖

電機的控制采用直接轉矩控制技術（DTC）的方法。為了實現這一功能，需要測量二相電流和中間直流回路的電壓。第三相的控制測量用于接地（對地）故障保護。

從提升和下放兩個工作狀態上看，該系統的運行過程主要分為兩個過程：

1）提升電動機在提升過程中始終是電動機拖動人車上行，電動機始終處于電動狀態，即變頻器始終向電動機提供能量的過程。該過程主要由整流、濾波和正常逆變三大部分組成。如圖6所示。其中正常逆變過程是其核心部分，它改變電機定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調速作用。

圖6 傳動單元原理圖

2）提升電動機在下放過程中始終是人車拖動電動機下行，電動機始終處于發電狀態，即變頻器始終向電網回饋能量的過程。該過程主要由整流、回饋逆變 和輸出濾波三部分組成。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續流二極管完成。二極管為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分。電容的主要作用是為回饋逆變部分提供一個穩定的電壓源，保證逆變部分運行更可靠?；仞伳孀儾糠质钦麄€回饋過程的核心部分，該部分實現回饋逆變輸出電壓相位與電網電壓相位的一致。

ABB的ACS800多傳動采用了先進的直接轉矩控制方式（DTC）。

3.1 直接轉矩控制

直接轉矩控制技術是ABB公司開發研制的。逆變器的通斷直接控制電動機關鍵的變量：磁通和轉矩。

傳動單元初次啟動時自動進入勵磁識別模式，傳動單元帶動電動機運行一段時間后傳動單元建立并優化電動機的數學模型。

測量電動機電流和電壓作為自適應電動機模型的輸入，這個模型每隔25 μs產生一組精確的轉矩和磁通的實際值。直接轉矩控制的性能就是基于準確的電動機模型。

3.2 零轉速滿轉矩

在電動機獲得解除封鎖信號后，電動機的速度設定值還未給定時，由于人車的重力作用有一個向下的力。這時變頻器雖然沒有輸出電壓但已經有電流輸出，它使電動機有一個和重力相反的力矩使人車不下滑。而且可以使電動機輸出滿轉矩。

ABB變頻器帶動的電動機能夠獲得在零速時電動機的額定轉矩。

3.3 直流勵磁

當選擇了直流勵磁功能后，變頻器在啟動前可自動給電動機定子繞組加一個直流電流勵磁，這個特性保證有足夠高的啟動轉矩，甚至200％的電動機額定轉矩。電動機建立磁場的時間可以根據情況進行調整，也可以通過變頻器根據電動機的數學模型來決定。在機械抱閘釋放的時候已經建立起轉矩，以保持電動機不會被重車拖動而發生轉動。

3.4 加速/減速斜波 因為礦井提升是需要平穩的、圓滑的、特別是人車還要乘坐的人盡量在無知覺的行進中改變速度。對于礦井提升選用S曲線比較好。

3.5 磁通制動

在電動機制動過程中變頻器根據在啟動開始獲得的電動機數學模型提高電動機的磁場以達到快速制動的目的。

變頻器能通過提高電動機的磁場來提供足夠快的減速。當增加電動機磁通后，電動機在制動過程中產生的能量能夠被轉化為電動機的發熱能量。變頻器持續監視電動機的狀態，在磁通制動時也不停止監視。因此，磁通制動也能用于停止電動機和從一個轉速變換到另一個轉速。從一個轉速變換到另一個轉速用直流注入制動是不可能實現的。磁通制動與直流注入制動相比還有其它一些優點。

1）在停止命令給出后，制動迅速啟動。在直流注入制動中，在停止命令給出后通常有一段時間的延時，制動才能啟動。

2）電動機冷卻的速率更高。在磁通制動過程中電動機定子的電流增加。在直流注入制動過程中電動機的轉子電流增加。定子的散熱比轉子散熱的速度更快。

3.6 磁通優化

ABB變頻器的磁通優化減少了總能耗，并且減小了當傳動運行在低于額定負載時的電動機噪音?？傂剩妱訖C和傳動）能提高1% ~ 10%，大小取決于負載轉矩和速度。

4 系統中變頻器部分先進功能簡述

1）速度監視。本功能用于監測電動機速度：確定電動機零速旋轉、在電動機超速時給出跳閘信號。

2）轉矩監視。監測電動機在加速和減速時是否能夠跟隨速度給定，在正常運行和加/減速期間是否產生過度的速度偏差

3）快速停車?？稍O定不同的停車類型：

①僅帶有轉矩限制；

②帶有轉矩限制和機械制動；

③僅帶有機械制動。

4）其他還有：轉矩驗證、功率優化、位置測量等等很多專門用于提升應用的功能,變頻器本身具有松繩及過載保護功能。

5 系統的優點

1）軟啟動軟停車。減小了機械沖擊, 啟動及加速換檔時對電網沖擊電流很小,使提升系統和電網運行更加穩定可靠. 變頻器本身提供的功能使機械制動與電制動有機的結合起來，保證系統的絕對安全。

2）外圍控制采用PLC。其與各部傳感器,構成閉環控制(也可采用開環控制)，友好的人機界面時時監測系統運行情況,簡化了系統構成,減小了人工勞動強度。

3）實現了無級調速。調速范圍寬,運行曲線呈S型,使加/減速平滑,無沖擊感。

4）安全保護功能齊全。外殼IP54防護等級,變頻器除一般過流、直流過壓、直流欠壓、變頻器過溫、短路、輸入缺相、環境溫度、過頻、I/O控制板內部故障外, 還具可編程故障保護功能、 AI 5）系統4象限運行。能量直接回饋電網,且不受回饋能量大小的限制,則保證了提升機運行時可頻繁的停車,啟動及換向，節約大量電能。

6）控制精度高、動態性能好。采用全數字、IGBT逆變器變頻單元向負載提供變頻電源，使所有控制功能均由參數設定完成。直接轉矩控制，可實現高動態性能的轉速控制、轉矩控制。旋轉脈沖編碼器的使用，可實現提升機的精確定位。

1 ABB-ACS800硬件手冊

2 ABB-ACS800多傳動模塊手冊

3 ABB-ACS800-104逆變器模塊硬件手冊

4 ABB-ACS800標準應用程序

5 采礦手冊(5). 冶金工業出版社

6 洪曉華，陳軍. 礦井運輸提升.中國礦業大學出版社