SOHO變頻器在索道人車系統中的應用

摘 要 本文主要針對索道人車運行系統的特殊要求，對SOHO變頻器的技術特點進行分析，并對其在索道人車運行系統中表現出來的優越性進行總結。

關鍵詞 變頻器；索道人車；應用

0 引言

索道人車（猴車）是在煤礦井巷中運送人員的主要交通工具之一，其控制性能的好壞直接關系到下井人員的運輸安全，因此對猴車系統的控制要求安全、穩定、精確、可靠。

古書院礦所使用的架空索道人車配套的電控系統安裝于1991年，索道人車長度300米，供電電壓為660V，電控系統由拖動柜、控制柜、操作柜組成，啟動方式采用傳統的電阻降壓啟動。隨著現代系統集成和數字控制的發展，對猴車系統的要求越來越向著精確控制，數字化控制的方向發展，對系統提出了越來越人性化的要求，要求系統的運行更加平穩、可靠。通過計算機監控實現靜態上下車，精確定位防止越位，安全舒適等人性化的要求。而且在當今能源緊缺的時代對系統的工作效率也提出了要求。

然而在系統集成和數字化的控制中，以往對猴車驅動部分的啟動方式和調速方式均無法和現代的系統集成和數字控制相對接。隨著現代全數字化交流變頻技術的發展，交流變頻調速方式的數字化、精確化、集成化的特點正合其需求。

1 變頻調速原理及控制方式選擇

調速原理：

變頻調速是電機調速的主要技術之一。交流電動機轉速的表達式為：

n= ①

其中：f——定子供電電源的頻率；

p——電動機的極對數；

s——電動機的轉差率；

由式①可知，當平滑地改變f時，n也可得到平穩的改變。所以，變頻調速技術的關鍵是如何獲得頻率可變的大功率供電電源。

古書院礦在索道人車變頻技術改造中提出了采用矢量控制技術，它以交流電機的雙軸理論為依據，在同步旋轉坐標中把定子電流矢量分解為兩個分量，一個分量與轉子磁鏈矢量重合，稱為勵磁電流分量；另一個分量與轉子磁鏈矢量垂直，稱為轉矩電流分量。通過控制定子電流矢量在旋轉坐標中的位置及大小，即可控制勵磁電流分量和轉矩電流分量的大小，達到直流電動機對磁場和轉矩的解耦控制。目前煤礦用于控制恒轉矩負載所使用的變頻器應該選用這一類型的矢量控制變頻器。

2 SOHO變頻器的組成

SOHO變頻器是韓國收獲電氣株式會社生產，變頻器可通過其外部控制端子實現啟停、正反轉、S曲線加減速及多段速度控制。矢量控制運算中要用到的電機本身的一些參數，可由變頻器自動測出。此外，該變頻器還具有過流、過載、電動機過熱、過壓及欠壓，超速及失速等保護功能。變頻器還能提供運行停止信號，零速信號，速度到達信號及運行準備信號等，可編程控制器綜合外部信號和變頻器給出的控制信號，經分析及邏輯運算向外部設備及變頻器給出控制命令

此系列變頻器屬于四象限運行矢量控制變頻器，并以其優越的控制方式在各種具有負力矩負載的行業（如猴車，絞車等系統）控制中取得了其它產品不可替代的效果。它主要由PIU、VDC、VDI三大部分組成。

（1）PIU

此部分起到為整個系統作預充電和輸入回路的進出電壓波形整定的作用，它由L-C-L濾波器、開關和限流電阻組成。

它在開始時通過電阻限流的方式向整個系統的DC回路電容進行緩慢充電并使自動旁路電阻進入工作狀態。

PIU內的L-C-L濾波器，它的工作電壓范圍寬滿足整個系統輸入電壓范圍寬的特點，第一是將來自電網的高次諧波濾除，其次是變頻器運行在四象限時，通過VDC回饋的調制電壓波經L-C-L濾波器將其平定成平滑的正弦波然后再反饋給電網，因而提高了電網的利用質量。

（2）VDC電壓控制器

VDC是由IGBT組成的控制單元，它在正力矩狀態工作時，將經過PIU濾波后的三相交流電源整流并進行精確控制后，根據所設定的參數值將穩定的直流電源供給VDI逆變器。在負轉矩狀態工作時，根據檢測輸入電壓的值，相序將直流母線上多余的電壓逆變成三相調制波經PIU平定成平滑的三相正弦波回饋給電網。并具有獨特的自檢測過程、自動保護的功能。它能檢測PIU跟VDC之間的連線狀態，并在檢測過程中，若發生連線錯誤，軟件會自動調整保護等級，自動保護VDC，使VDC及其它設備不會受到損傷，這大大提高了自檢過程的可行性。在進入工作前，VDC 還將實行檢測AC回路及DC回路的阻抗值，為準確穩定控制VDC的電流和DC BUS的電壓值建立模型，從而保證了為VDI提供準確穩定的電源，保證了VDI的穩定工作。

（3）VDI矢量控制逆變器

在猴車系統中要做到平穩、舒適，靜態上下，防止越位，就要求鋼絲繩的運行平穩，走速均勻準確，制動訊速。

SOHO系統中的VDI采用現今最精確的矢量控制的方式。矢量控制變頻器在對電機進行自動調諧時，將自動讀取用戶難以理解的電機參數值和速度及轉矩控制電路的增量值，建立電機的模型自動設定弱磁點頻率，從而能精確控制電機的轉速和輸出功率。

3 SOHO變頻器的技術特點

3.1 先進的矢量控制技術

矢量控制技術將直流控制中的雙閉環（速度環、電流環）調節控制通過一系列矢量變換后用于交流三相電機的控制，使交流三相異步電機的調速性能可以和直流電機相媲美，其調速精度高、性能好。在矢量控制技術中，當使用編碼器反饋時，調速精度可達0.001%，轉矩調整率為2%，其性能相當于大功率的直流調速裝置；在有編碼器反饋系統中取其精確的速度和轉矩控制，使控制對象運行更可靠和安全。

采用矢量控制技術，使受控電機在零轉速下可獲得強大的、精確的輸出轉矩。矢量控制變頻器的這種“零轉速時的滿轉矩輸出”特性，應用在具有位能性負載的場合是非常適宜的，使系統在保證不溜車的前提下，易于實現全自動控制。

3.2 可靠的四象限變頻技術

當電機工作在電動狀態的時候，整流控制單元的DSP產生6路高頻的PWM脈沖控制整流側的6個IGBT的開通和關斷。IGBT的開通和關斷與輸入電抗器共同作用產生了與輸入電壓相位一致的正弦電流波形，此時能量從電網經由整流回路和逆變回路流向電機。

當電動機工作在發電狀態的時候，電機產生的能量通過逆變側的二極管回饋到直流母線，當直流母線電壓超過一定的值，整流側能量回饋控制部分啟動，將直流逆變成交流，通過控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網，達到節能的效果。此時能量由電機通過逆變側、整流側流向電網。由于采用了先進的算法，和合適的濾波器件使輸入電流接近正弦波，并使系統的功率因數總是接近于1。SOHO變頻器不僅能實現功率的雙向流動，且具有很快的動態響應速度，經濟效益較大，熱損耗為能耗制動的1%，同時不污染電網，功率因數約等于1，具有綠色環保的特點。

4 SOHO在索道人車系統中的應用

SOHO的高性能矢量控制變頻技術具有對電機精確控制，豐富的數字量接口，標準的通訊接口特別是無傳感器的矢量控制方式對現場的適應性，從而使在對猴車系統的控制中很簡單的實現了數字化控制的要求。

猴車系統是在有一定坡度的面上進行人員運輸的，所以在人員下坡和減速停車過程中電機將處于反向發電的狀態，在使用普通變頻器控制時需要采用加裝功率電阻進行能耗制動的方式，而功率電阻的寵大和熱量，在集成系統中帶來了安裝空間和散熱方式等嚴重的問題。所以本次改造中采用了高性能四象限運行矢量控制變頻器，它能將電機產生的反向電能回饋給電網，從而解決了二象限變頻器的制動電阻帶來的種種問題。

猴車系統的運行分為兩個階段，即將人員從低點運到高點的過程為從電網中吸收電能，將人員從高點送到低點的過程將電能回給電網，所以根據能量守衡的理論節能量是100%的，在實際中去除機械，磨擦力，系統本身的損耗其節能率至少在80%，以一臺37KW 的猴車每天運行24小時，功率因數取1，全年運行360天為例：其每月的節電率為：37×1×24×360×80%=204595kwt，取200000Kwt，以目前工業用電每千瓦時0.6元計算，每年可節省用電開支約200000×0.6=120000元。

5 結論

古書院礦索道人車SOHO變頻器應用后，以其優越的性能，超小的體積，實現了對整個系統的集成化和數字化控制，從而達到了平穩控制和準確定位，提高了整個系統的安全系數、人性化程度。簡化了變頻器在整個系統中的接入，實現了對整個系統的軟啟軟停，從而節約電能，延長了系統的壽命，提高了經濟效益。

參考文獻：

[1].SOHO-VD變頻器用戶手冊. 韓國收獲（SEOHO）電氣株式會社，2005

[2].戴廣平 韓冰.電機可逆性原理電動機節能.中國石化出版社，2008

作者簡介：牛小剛（1978-），男，1998年畢業于遼寧阜新煤炭工業學校礦山機電專業，2009年完成了太原理工大學電氣自動化本科學業，現工作于山西省晉城煤業集團古書院礦黨委宣傳部，機電助理工程師，1998—2002曾從事于井下采掘工作，任技術員。2002年后在古書院礦黨委宣傳部從事數字電視系統的線路維護工作。