近几年来，兖州矿业（集团）有限责任公司及其下属各矿（厂）在将应用于各种煤矿生产设备控制系统的基础上，又根据已有的变频节能技术进一步在地面各种设备广泛地进行了推广应用，针对运行实践中发现的问题进行了认真分析和归纳，不断总结运行经验教训，制定了改进方案并进行了实施，同时还取得了一批研究成果，取得了良好的节能效果。

      1 装煤火车钢丝绳牵引系统应用变频调速

      兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿原先采用的钢丝绳牵引“铁牛”变极调速存在着不能够平滑调速，使得装载出现偏载、集载的现象；对传动系统造成频繁的机械冲击，降低了使用寿命；电气系统的故障率高，不利于维护等缺点。为此，他们改用ABB ACS601-0120-6重型及其配套设备，实现了无级变速调速，具有缺相、短路、过载等保护功能，提高了火车装煤的质量，在50Hz以下的时候还具有节能的效益。

      ①采用能耗制动，避免了中间回路电压上升对变频器的损坏。钢丝绳牵引“铁牛”属于大惯性设备而且操作频繁，如果变频器中没有采取消耗能量的措施，这部分能量就会导致中间回路的储能电容器电压上升。在减速制动过快或者紧急停车的时候，这部分能量会对变频器造成损坏。与通用变频器最常用的动力制动状态和再生制动状态处理方式不同，他们选用了能耗制动的方法。其优点是构造简单、对电网无污染、成本低廉。缺点是运行效率低，特别是在频繁制动的时候要消耗掉大量的能量而且制动电阻的容量将增大。

      ②“铁牛”自动回窝控制。原有的控制是利用磁控限位开关来实现的，现在改为磁控开关与变频器控制回路相结合。为了避免“铁牛”回窝出现过位的事故，要在牛窝附近增加一个磁控限位开关。当“铁牛”经过的时候，开关动作使相应的继电器得电，常开触点闭合使变频器以比较低的恒速锁定。当“铁牛”回窝到位的时候触动另外一个磁控限位开关，相应的继电器得电，其常闭触点断开从而使变频器停止工作。为了避免“铁牛”出窝的时候该回窝系统动作，电源取用变频器反转信号。

      ③两套变频系统的电气隔离。考虑到钢丝绳牵引“铁牛”变频系统出现不可控的故障情况而影响生产，采用了备用变频系统，这样就面临两套变频系统的电气隔离问题。他们在两套变频器电源以及负荷侧各增加一个接触器并且相互电气闭锁。在单独的“铁牛”回窝控制箱内增加两个相互电气闭锁的继电器，当在用变频调速系统电动机反转的时候相应继电器才得电并且接通回窝系统电源。

      2 中高压大功率变频技术

      在中高压变频领域，目前的功率器件耐压能力在相当长的时间内还不可能满足高压变频调速的需要。为此，人们创造了一些电路拓扑，如交—交变频、功率单元串联多重化电压源型高压变频、电流源型中高压变频以及IGBT直接串联中高压变频。其中的IGBT直接串联中高压变频新技术彻底地解决了功率器件的耐压问题，使得直接高压变频成为现实。此项技术已经被兖州煤矿机械厂应用到新研制的矿用隔爆型变频器中。

      在IGBT直接串联的二电平电压型中高压变频器的主电路中，系统由电网高压6kV直接经断路器进入变频器，经过二极管全桥整流、电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。

      ①自动均压的IGBT串联技术。利用容性母排技术1+N（只）串联及采用2/3限压动态均压、钳压技术，克服了IGBT动态电阻及极电阻不同步引起的动态和静态电压不均衡的问题。不管主电路电压有多高，但是分配给每个管子的工作电压是在其额定电压之内的，使单个IGBT不容易损坏，即使损坏了但是由于有冗余也不会影响到输出波形。

      ②正弦波技术。中高压电动机对变频器的输出电压、电流波形有着严格的要求。直接串联技术从优化PWM波形即SVPWM技术和研制特种滤波器两方面着手。由于三电平的11、 13、17谐波含量特别高，处理起来特别困难，若不加滤波器则只能用供应商的专用电动机。而二电平只要波形优化得好，60次以下的谐波皆可大大降低，而且对于60次以上的谐波滤波自然容易得多。交—交变频器、功率单元串联多重化电压源型高压变频器、电流源型中高压变频器都是利用变压器协助间接解决功率开关的耐压问题，而IGBT直接串联中高压变频器彻底去掉了变压器，真正实现了高进高出，为高压变频开拓了新的领域。

      3 变频器在塔式起重机起升机构的应用

      由于无级调速受到成本等方面的限制，目前的塔式起重机绝大多数都是采用有级调速。兖州矿业（集团）公司第三十七工程处针对4绳最大起重量小于或者等于6 t的中小型塔式起重机的起升机构采用了矢量变频器实现交流变频调速的方式，为此问题给出了完善的解决方案。他们在不增大变频器选型与适当牺牲速度的方法，使得变频无级调速的成本与带涡流制动的多速绕线转子电机变极调速差距不大，性能却有了很大的提高。

      应用比较广泛的中小型塔式起重机是QTZ315塔式起重机，其最大起重量为3t，起重速度为52/26/5.5m/min，起重机构采用15/15/5.5kW的4/8/32多极电机，减速机速比为12.5，滚筒直径为300mm。中小型塔式起重机选用变频调速方式，最大起重量和滚筒直径这两个关键指标不能够有太大的变化，对于速度的要求也比较高，因此需要对相关的设备和技术指标进行适当的调整。起重机的变频调速系统由主令控制器或者电位器作为输入给定，通过变频调频调速电控设备、荷重测控仪、限位开关和制动器等配合使用，来控制起重机的起升机构等交流变频异步电动机的起动、制动、可逆运转与调速。设备选型参数：动滑轮2倍率，起升机构18.5kW的4极异步鼠笼电机，减速机速比31.5，滚筒直径300mm。经计算，理论起升重量为5.1198t，考虑传动效率为0.264则最大起升重量为3.28t，与要求的最大起升重量相比有1.1倍保险系数，基本符合要求；最大起升速度为21.7m/min。在变频模式下，电机的最大起升速度降低了很多，通过缩短起动和就位时间、空钩高于50Hz运行等多种协调方法，使得实际运行中不会明显感觉到速度减慢。采用先进的现代交流变频调频技术对塔式起重机电力拖动系统进行技术改造，使起重机实现平稳操作、提高运行效率、改善超负荷作业、消除起动和制动冲击、减少电气维护、降低电能消耗和提高功率因数等均可以取得良好实效。