近幾年來，兗州礦業(yè)（集團）有限責任公司及其下屬各礦（廠）在將應用于各種煤礦生產設備控制系統(tǒng)的基礎上，又根據(jù)已有的變頻節(jié)能技術進一步在地面各種設備廣泛地進行了推廣應用，針對運行實踐中發(fā)現(xiàn)的問題進行了認真分析和歸納，不斷總結運行經驗教訓，制定了改進方案并進行了實施，同時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)應用變頻調速
兗州礦業(yè)（集團）公司濟寧三號煤礦原先采用的鋼絲繩牽引“鐵?！弊儤O調速存在著不能夠平滑調速，使得裝載出現(xiàn)偏載、集載的現(xiàn)象；對傳動系統(tǒng)造成頻繁的機械沖擊，降低了使用壽命；電氣系統(tǒng)的故障率高，不利于維護等缺點。為此，他們改用ABB ACS601-0120-6重型及其配套設備，實現(xiàn)了無級變速調速，具有缺相、短路、過載等保護功能，提高了火車裝煤的質量，在50Hz以下的時候還具有節(jié)能的效益。
①采用能耗制動，避免了中間回路電壓上升對變頻器的損壞。鋼絲繩牽引“鐵牛”屬于大慣性設備而且操作頻繁，如果變頻器中沒有采取消耗能量的措施，這部分能量就會導致中間回路的儲能電容器電壓上升。在減速制動過快或者緊急停車的時候，這部分能量會對變頻器造成損壞。與通用變頻器最常用的動力制動狀態(tài)和再生制動狀態(tài)處理方式不同，他們選用了能耗制動的方法。其優(yōu)點是構造簡單、對電網無污染、成本低廉。缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動的時候要消耗掉大量的能量而且制動電阻的容量將增大。
②“鐵?！弊詣踊馗C控制。原有的控制是利用磁控限位開關來實現(xiàn)的，現(xiàn)在改為磁控開關與變頻器控制回路相結合。為了避免“鐵?！被馗C出現(xiàn)過位的事故，要在牛窩附近增加一個磁控限位開關。當“鐵牛”經過的時候，開關動作使相應的繼電器得電，常開觸點閉合使變頻器以比較低的恒速鎖定。當“鐵牛”回窩到位的時候觸動另外一個磁控限位開關，相應的繼電器得電，其常閉觸點斷開從而使變頻器停止工作。為了避免“鐵牛”出窩的時候該回窩系統(tǒng)動作，電源取用變頻器反轉信號。
③兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離?？紤]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，采用了備用變頻系統(tǒng)，這樣就面臨兩套變頻系統(tǒng)的電氣隔離問題。他們在兩套變頻器電源以及負荷側各增加一個接觸器并且相互電氣閉鎖。在單獨的“鐵牛”回窩控制箱內增加兩個相互電氣閉鎖的繼電器，當在用變頻調速系統(tǒng)電動機反轉的時候相應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
在中高壓變頻領域，目前的功率器件耐壓能力在相當長的時間內還不可能滿足高壓變頻調速的需要。為此，人們創(chuàng)造了一些電路拓撲，如交—交變頻、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)中高壓變頻新技術徹底地解決了功率器件的耐壓問題，使得直接高壓變頻成為現(xiàn)實。此項技術已經被兗州煤礦機械廠應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)由電網高壓6kV直接經斷路器進入變頻器，經過二極管全橋整流、電容濾波，再經逆變器逆變，加上正弦波濾波器，簡單易行地實現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動機。
①自動均壓的IGBT串聯(lián)技術。利用容性母排技術1+N（只）串聯(lián)及采用2/3限壓動態(tài)均壓、鉗壓技術，克服了IGBT動態(tài)電阻及極電阻不同步引起的動態(tài)和靜態(tài)電壓不均衡的問題。不管主電路電壓有多高，但是分配給每個管子的工作電壓是在其額定電壓之內的，使單個IGBT不容易損壞，即使損壞了但是由于有冗余也不會影響到輸出波形。
②正弦波技術。中高壓電動機對變頻器的輸出電壓、電流波形有著嚴格的要求。直接串聯(lián)技術從優(yōu)化PWM波形即SVPWM技術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，處理起來特別困難，若不加濾波器則只能用供應商的專用電動機。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的耐壓問題，而IGBT直接串聯(lián)中高壓變頻器徹底去掉了變壓器，真正實現(xiàn)了高進高出，為高壓變頻開拓了新的領域。
3 變頻器在塔式起重機起升機構的應用
由于無級調速受到成本等方面的限制，目前的塔式起重機絕大多數(shù)都是采用有級調速。兗州礦業(yè)（集團）公司第三十七工程處針對4繩最大起重量小于或者等于6 t的中小型塔式起重機的起升機構采用了矢量變頻器實現(xiàn)交流變頻調速的方式，為此問題給出了完善的解決方案。他們在不增大變頻器選型與適當犧牲速度的方法，使得變頻無級調速的成本與帶渦流制動的多速繞線轉子電機變極調速差距不大，性能卻有了很大的提高。
應用比較廣泛的中小型塔式起重機是QTZ315塔式起重機，其最大起重量為3t，起重速度為52/26/5.5m/min，起重機構采用15/15/5.5kW的4/8/32多極電機，減速機速比為12.5，滾筒直徑為300mm。中小型塔式起重機選用變頻調速方式，最大起重量和滾筒直徑這兩個關鍵指標不能夠有太大的變化，對于速度的要求也比較高，因此需要對相關的設備和技術指標進行適當?shù)恼{整。起重機的變頻調速系統(tǒng)由主令控制器或者電位器作為輸入給定，通過變頻調頻調速電控設備、荷重測控儀、限位開關和制動器等配合使用，來控制起重機的起升機構等交流變頻異步電動機的起動、制動、可逆運轉與調速。設備選型參數(shù)：動滑輪2倍率，起升機構18.5kW的4極異步鼠籠電機，減速機速比31.5，滾筒直徑300mm。經計算，理論起升重量為5.1198t，考慮傳動效率為0.264則最大起升重量為3.28t，與要求的最大起升重量相比有1.1倍保險系數(shù)，基本符合要求；最大起升速度為21.7m/min。在變頻模式下，電機的最大起升速度降低了很多，通過縮短起動和就位時間、空鉤高于50Hz運行等多種協(xié)調方法，使得實際運行中不會明顯感覺到速度減慢。采用先進的現(xiàn)代交流變頻調頻技術對塔式起重機電力拖動系統(tǒng)進行技術改造，使起重機實現(xiàn)平穩(wěn)操作、提高運行效率、改善超負荷作業(yè)、消除起動和制動沖擊、減少電氣維護、降低電能消耗和提高功率因數(shù)等均可以取得良好實效。
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