近幾年來(lái)，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司及其下屬各礦（廠）在將變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于各種煤礦生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又根據(jù)已有的變頻節(jié)能技術(shù)進(jìn)一步在地面各種設(shè)備廣泛地進(jìn)行了推廣應(yīng)用，針對(duì)運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真分析和歸納，不斷總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定了改進(jìn)方案并進(jìn)行了實(shí)施，同時(shí)還取得了一批研究成果，取得了良好的節(jié)能效果。
1 裝煤火車鋼絲繩牽引系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速
兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦原先采用的鋼絲繩牽引“鐵牛”變極調(diào)速存在著不能夠平滑調(diào)速，使得裝載出現(xiàn)偏載、集載的現(xiàn)象；對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)造成頻繁的機(jī)械沖擊，降低了使用壽命；電氣系統(tǒng)的故障率高，不利于維護(hù)等缺點(diǎn)。為此，他們改用ABB ACS601-0120-6重型變頻器及其配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速調(diào)速，具有缺相、短路、過(guò)載等保護(hù)功能，提高了火車裝煤的質(zhì)量，在50Hz以下的時(shí)候還具有節(jié)能的效益。
①采用能耗制動(dòng)，避免了中間回路電壓上升對(duì)變頻器的損壞。鋼絲繩牽引“鐵牛”屬于大慣性設(shè)備而且操作頻繁，如果變頻器中沒(méi)有采取消耗能量的措施，這部分能量就會(huì)導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器電壓上升。在減速制動(dòng)過(guò)快或者緊急停車的時(shí)候，這部分能量會(huì)對(duì)變頻器造成損壞。與通用變頻器最常用的動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)和再生制動(dòng)狀態(tài)處理方式不同，他們選用了能耗制動(dòng)的方法。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染、成本低廉。缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低，特別是在頻繁制動(dòng)的時(shí)候要消耗掉大量的能量而且制動(dòng)電阻的容量將增大。
②“鐵牛”自動(dòng)回窩控制。原有的控制是利用磁控限位開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在改為磁控開關(guān)與變頻器控制回路相結(jié)合。為了避免“鐵牛”回窩出現(xiàn)過(guò)位的事故，要在牛窩附近增加一個(gè)磁控限位開關(guān)。當(dāng)“鐵牛”經(jīng)過(guò)的時(shí)候，開關(guān)動(dòng)作使相應(yīng)的繼電器得電，常開觸點(diǎn)閉合使變頻器以比較低的恒速鎖定。當(dāng)“鐵牛”回窩到位的時(shí)候觸動(dòng)另外一個(gè)磁控限位開關(guān)，相應(yīng)的繼電器得電，其常閉觸點(diǎn)斷開從而使變頻器停止工作。為了避免“鐵牛”出窩的時(shí)候該回窩系統(tǒng)動(dòng)作，電源取用變頻器反轉(zhuǎn)信號(hào)。
③兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離。考慮到鋼絲繩牽引“鐵牛”變頻系統(tǒng)出現(xiàn)不可控的故障情況而影響生產(chǎn)，采用了備用變頻系統(tǒng)，這樣就面臨兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離問(wèn)題。他們?cè)趦商鬃冾l器電源以及負(fù)荷側(cè)各增加一個(gè)接觸器并且相互電氣閉鎖。在單獨(dú)的“鐵牛”回窩控制箱內(nèi)增加兩個(gè)相互電氣閉鎖的繼電器，當(dāng)在用變頻調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)候相應(yīng)繼電器才得電并且接通回窩系統(tǒng)電源。
2 中高壓大功率變頻技術(shù)
在中高壓變頻領(lǐng)域，目前的功率器件耐壓能力在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)還不可能滿足高壓變頻調(diào)速的需要。為此，人們創(chuàng)造了一些電路拓?fù)洌缃弧蛔冾l、功率單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻、電流源型中高壓變頻以及IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻。其中的IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻新技術(shù)徹底地解決了功率器件的耐壓?jiǎn)栴}，使得直接高壓變頻成為現(xiàn)實(shí)。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被兗州煤礦機(jī)械廠應(yīng)用到新研制的礦用隔爆型變頻器中。
在IGBT直接串聯(lián)的二電平電壓型中高壓變頻器的主電路中，系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓6kV直接經(jīng)斷路器進(jìn)入變頻器，經(jīng)過(guò)二極管全橋整流、電容濾波，再經(jīng)逆變器逆變，加上正弦波濾波器，簡(jiǎn)單易行地實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動(dòng)機(jī)。
①自動(dòng)均壓的IGBT串聯(lián)技術(shù)。利用容性母排技術(shù)1+N（只）串聯(lián)及采用2/3限壓動(dòng)態(tài)均壓、鉗壓技術(shù)，克服了IGBT動(dòng)態(tài)電阻及極電阻不同步引起的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)電壓不均衡的問(wèn)題。不管主電路電壓有多高，但是分配給每個(gè)管子的工作電壓是在其額定電壓之內(nèi)的，使單個(gè)IGBT不容易損壞，即使損壞了但是由于有冗余也不會(huì)影響到輸出波形。
②正弦波技術(shù)。中高壓電動(dòng)機(jī)對(duì)變頻器的輸出電壓、電流波形有著嚴(yán)格的要求。直接串聯(lián)技術(shù)從優(yōu)化PWM波形即SVPWM技術(shù)和研制特種濾波器兩方面著手。由于三電平的11、 13、17諧波含量特別高，處理起來(lái)特別困難，若不加濾波器則只能用供應(yīng)商的專用電動(dòng)機(jī)。而二電平只要波形優(yōu)化得好，60次以下的諧波皆可大大降低，而且對(duì)于60次以上的諧波濾波自然容易得多。交—交變頻器、功率單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻器、電流源型中高壓變頻器都是利用變壓器協(xié)助間接解決功率開關(guān)的耐壓?jiǎn)栴}，而IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻器徹底去掉了變壓器，真正實(shí)現(xiàn)了高進(jìn)高出，為高壓變頻開拓了新的領(lǐng)域。
