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摘 要 本文主要针对索道人车运行系统的特殊要求，对SOHO变频器的技术特点进行分析，并对其在索道人车运行系统中表现出来的优越性进行总结。
关键词 变频器；索道人车；应用
0 引言
索道人车（猴车）是在煤矿井巷中运送人员的主要交通工具之一，其控制性能的好坏直接关系到下井人员的运输安全，因此对猴车系统的控制要求安全、稳定、精确、可靠。
古书院矿所使用的架空索道人车配套的电控系统安装于1991年，索道人车长度300米，供电电压为660V，电控系统由拖动柜、控制柜、操作柜组成，启动方式采用传统的电阻降压启动。随着现代系统集成和数字控制的发展，对猴车系统的要求越来越向着精确控制，数字化控制的方向发展，对系统提出了越来越人性化的要求，要求系统的运行更加平稳、可靠。通过计算机监控实现静态上下车，精确定位防止越位，安全舒适等人性化的要求。而且在当今能源紧缺的时代对系统的工作效率也提出了要求。
然而在系统集成和数字化的控制中，以往对猴车驱动部分的启动方式和调速方式均无法和现代的系统集成和数字控制相对接。随着现代全数字化交流变频技术的发展，交流变频调速方式的数字化、精确化、集成化的特点正合其需求。
1 变频调速原理及控制方式选择
调速原理：
变频调速是电机调速的主要技术之一。交流电动机转速的表达式为：
n= ①
其中：f——定子供电电源的频率；
p——电动机的极对数；
s——电动机的转差率；
由式①可知，当平滑地改变f时，n也可得到平稳的改变。所以，变频调速技术的关键是如何获得频率可变的大功率供电电源。
古书院矿在索道人车变频技术改造中提出了采用矢量控制技术，它以交流电机的双轴理论为依据，在同步旋转坐标中把定子电流矢量分解为两个分量，一个分量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流分量；另一个分量与转子磁链矢量垂直，称为转矩电流分量。通过控制定子电流矢量在旋转坐标中的位置及大小，即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，达到直流电动机对磁场和转矩的解耦控制。目前煤矿用于控制恒转矩负载所使用的变频器应该选用这一类型的矢量控制变频器。
2 SOHO变频器的组成
SOHO变频器是韩国收获电气株式会社生产，变频器可通过其外部控制端子实现启停、正反转、S曲线加减速及多段速度控制。矢量控制运算中要用到的电机本身的一些参数，可由变频器自动测出。此外，该变频器还具有过流、过载、电动机过热、过压及欠压，超速及失速等保护功能。变频器还能提供运行停止信号，零速信号，速度到达信号及运行准备信号等，可编程控制器综合外部信号和变频器给出的控制信号，经分析及逻辑运算向外部设备及变频器给出控制命令
此系列变频器属于四象限运行矢量控制变频器，并以其优越的控制方式在各种具有负力矩负载的行业（如猴车，绞车等系统）控制中取得了其它产品不可替代的效果。它主要由PIU、VDC、VDI三大部分组成。
（1）PIU
此部分起到为整个系统作预充电和输入回路的进出电压波形整定的作用，它由L-C-L滤波器、开关和限流电阻组成。
它在开始时通过电阻限流的方式向整个系统的DC回路电容进行缓慢充电并使自动旁路电阻进入工作状态。
PIU内的L-C-L滤波器，它的工作电压范围宽满足整个系统输入电压范围宽的特点，第一是将来自电网的高次谐波滤除，其次是变频器运行在四象限时，通过VDC回馈的调制电压波经L-C-L滤波器将其平定成平滑的正弦波然后再反馈给电网，因而提高了电网的利用质量。
（2）VDC电压控制器
VDC是由IGBT组成的控制单元，它在正力矩状态工作时，将经过PIU滤波后的三相交流电源整流并进行精确控制后，根据所设定的参数值将稳定的直流电源供给VDI逆变器。在负转矩状态工作时，根据检测输入电压的值，相序将直流母线上多余的电压逆变成三相调制波经PIU平定成平滑的三相正弦波回馈给电网。并具有独特的自检测过程、自动保护的功能。它能检测PIU跟VDC之间的连线状态，并在检测过程中，若发生连线错误，软件会自动调整保护等级，自动保护VDC，使VDC及其它设备不会受到损伤，这大大提高了自检过程的可行性。在进入工作前，VDC 还将实行检测AC回路及DC回路的阻抗值，为准确稳定控制VDC的电流和DC BUS的电压值建立模型，从而保证了为VDI提供准确稳定的电源，保证了VDI的稳定工作。
（3）VDI矢量控制逆变器
在猴车系统中要做到平稳、舒适，静态上下，防止越位，就要求钢丝绳的运行平稳，走速均匀准确，制动讯速。
SOHO系统中的VDI采用现今最精确的矢量控制的方式。矢量控制变频器在对电机进行自动调谐时，将自动读取用户难以理解的电机参数值和速度及转矩控制电路的增量值，建立电机的模型自动设定弱磁点频率，从而能精确控制电机的转速和输出功率。
3 SOHO变频器的技术特点
3.1 先进的矢量控制技术
矢量控制技术将直流控制中的双闭环（速度环、电流环）调节控制通过一系列矢量变换后用于交流三相电机的控制，使交流三相异步电机的调速性能可以和直流电机相媲美，其调速精度高、性能好。在矢量控制技术中，当使用编码器反馈时，调速精度可达0.001%，转矩调整率为2%，其性能相当于大功率的直流调速装置；在有编码器反馈系统中取其精确的速度和转矩控制，使控制对象运行更可靠和安全。
采用矢量控制技术，使受控电机在零转速下可获得强大的、精确的输出转矩。矢量控制变频器的这种“零转速时的满转矩输出”特性，应用在具有位能性负载的场合是非常适宜的，使系统在保证不溜车的前提下，易于实现全自动控制。 3.2 可靠的四象限变频技术
当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，此时能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机。
当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。由于采用了先进的算法，和合适的滤波器件使输入电流接近正弦波，并使系统的功率因数总是接近于1。SOHO变频器不仅能实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度，经济效益较大，热损耗为能耗制动的1%，同时不污染电网，功率因数约等于1，具有绿色环保的特点。
4 SOHO在索道人车系统中的应用
SOHO的高性能矢量控制变频技术具有对电机精确控制，丰富的数字量接口，标准的通讯接口特别是无传感器的矢量控制方式对现场的适应性，从而使在对猴车系统的控制中很简单的实现了数字化控制的要求。
猴车系统是在有一定坡度的面上进行人员运输的，所以在人员下坡和减速停车过程中电机将处于反向发电的状态，在使用普通变频器控制时需要采用加装功率电阻进行能耗制动的方式，而功率电阻的宠大和热量，在集成系统中带来了安装空间和散热方式等严重的问题。所以本次改造中采用了高性能四象限运行矢量控制变频器，它能将电机产生的反向电能回馈给电网，从而解决了二象限变频器的制动电阻带来的种种问题。
猴车系统的运行分为两个阶段，即将人员从低点运到高点的过程为从电网中吸收电能，将人员从高点送到低点的过程将电能回给电网，所以根据能量守衡的理论节能量是100%的，在实际中去除机械，磨擦力，系统本身的损耗其节能率至少在80%，以一台37KW 的猴车每天运行24小时，功率因数取1，全年运行360天为例：其每月的节电率为：37×1×24×360×80%=204595kwt，取200000Kwt，以目前工业用电每千瓦时0.6元计算，每年可节省用电开支约200000×0.6=120000元。
5 结论
古书院矿索道人车SOHO变频器应用后，以其优越的性能，超小的体积，实现了对整个系统的集成化和数字化控制，从而达到了平稳控制和准确定位，提高了整个系统的安全系数、人性化程度。简化了变频器在整个系统中的接入，实现了对整个系统的软启软停，从而节约电能，延长了系统的寿命，提高了经济效益。
参考文献：
[1].SOHO-VD变频器用户手册. 韩国收获（SEOHO）电气株式会社，2005
[2].戴广平 韩冰.电机可逆性原理电动机节能.中国石化出版社，2008
作者简介：牛小刚（1978-），男，1998年毕业于辽宁阜新煤炭工业学校矿山机电专业，2009年完成了太原理工大学电气自动化本科学业，现工作于山西省晋城煤业集团古书院矿党委宣传部，机电助理工程师，1998—2002曾从事于井下采掘工作，任技术员。2002年后在古书院矿党委宣传部从事数字电视系统的线路维护工作。
关键词 变频器；索道人车；应用
0 引言
索道人车（猴车）是在煤矿井巷中运送人员的主要交通工具之一，其控制性能的好坏直接关系到下井人员的运输安全，因此对猴车系统的控制要求安全、稳定、精确、可靠。
古书院矿所使用的架空索道人车配套的电控系统安装于1991年，索道人车长度300米，供电电压为660V，电控系统由拖动柜、控制柜、操作柜组成，启动方式采用传统的电阻降压启动。随着现代系统集成和数字控制的发展，对猴车系统的要求越来越向着精确控制，数字化控制的方向发展，对系统提出了越来越人性化的要求，要求系统的运行更加平稳、可靠。通过计算机监控实现静态上下车，精确定位防止越位，安全舒适等人性化的要求。而且在当今能源紧缺的时代对系统的工作效率也提出了要求。
然而在系统集成和数字化的控制中，以往对猴车驱动部分的启动方式和调速方式均无法和现代的系统集成和数字控制相对接。随着现代全数字化交流变频技术的发展，交流变频调速方式的数字化、精确化、集成化的特点正合其需求。
1 变频调速原理及控制方式选择
调速原理：
变频调速是电机调速的主要技术之一。交流电动机转速的表达式为：
n= ①
其中：f——定子供电电源的频率；
p——电动机的极对数；
s——电动机的转差率；
由式①可知，当平滑地改变f时，n也可得到平稳的改变。所以，变频调速技术的关键是如何获得频率可变的大功率供电电源。
古书院矿在索道人车变频技术改造中提出了采用矢量控制技术，它以交流电机的双轴理论为依据，在同步旋转坐标中把定子电流矢量分解为两个分量，一个分量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流分量；另一个分量与转子磁链矢量垂直，称为转矩电流分量。通过控制定子电流矢量在旋转坐标中的位置及大小，即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，达到直流电动机对磁场和转矩的解耦控制。目前煤矿用于控制恒转矩负载所使用的变频器应该选用这一类型的矢量控制变频器。
2 SOHO变频器的组成
SOHO变频器是韩国收获电气株式会社生产，变频器可通过其外部控制端子实现启停、正反转、S曲线加减速及多段速度控制。矢量控制运算中要用到的电机本身的一些参数，可由变频器自动测出。此外，该变频器还具有过流、过载、电动机过热、过压及欠压，超速及失速等保护功能。变频器还能提供运行停止信号，零速信号，速度到达信号及运行准备信号等，可编程控制器综合外部信号和变频器给出的控制信号，经分析及逻辑运算向外部设备及变频器给出控制命令
此系列变频器属于四象限运行矢量控制变频器，并以其优越的控制方式在各种具有负力矩负载的行业（如猴车，绞车等系统）控制中取得了其它产品不可替代的效果。它主要由PIU、VDC、VDI三大部分组成。
（1）PIU
此部分起到为整个系统作预充电和输入回路的进出电压波形整定的作用，它由L-C-L滤波器、开关和限流电阻组成。
它在开始时通过电阻限流的方式向整个系统的DC回路电容进行缓慢充电并使自动旁路电阻进入工作状态。
PIU内的L-C-L滤波器，它的工作电压范围宽满足整个系统输入电压范围宽的特点，第一是将来自电网的高次谐波滤除，其次是变频器运行在四象限时，通过VDC回馈的调制电压波经L-C-L滤波器将其平定成平滑的正弦波然后再反馈给电网，因而提高了电网的利用质量。
（2）VDC电压控制器
VDC是由IGBT组成的控制单元，它在正力矩状态工作时，将经过PIU滤波后的三相交流电源整流并进行精确控制后，根据所设定的参数值将稳定的直流电源供给VDI逆变器。在负转矩状态工作时，根据检测输入电压的值，相序将直流母线上多余的电压逆变成三相调制波经PIU平定成平滑的三相正弦波回馈给电网。并具有独特的自检测过程、自动保护的功能。它能检测PIU跟VDC之间的连线状态，并在检测过程中，若发生连线错误，软件会自动调整保护等级，自动保护VDC，使VDC及其它设备不会受到损伤，这大大提高了自检过程的可行性。在进入工作前，VDC 还将实行检测AC回路及DC回路的阻抗值，为准确稳定控制VDC的电流和DC BUS的电压值建立模型，从而保证了为VDI提供准确稳定的电源，保证了VDI的稳定工作。
（3）VDI矢量控制逆变器
在猴车系统中要做到平稳、舒适，静态上下，防止越位，就要求钢丝绳的运行平稳，走速均匀准确，制动讯速。
SOHO系统中的VDI采用现今最精确的矢量控制的方式。矢量控制变频器在对电机进行自动调谐时，将自动读取用户难以理解的电机参数值和速度及转矩控制电路的增量值，建立电机的模型自动设定弱磁点频率，从而能精确控制电机的转速和输出功率。
3 SOHO变频器的技术特点
3.1 先进的矢量控制技术
矢量控制技术将直流控制中的双闭环（速度环、电流环）调节控制通过一系列矢量变换后用于交流三相电机的控制，使交流三相异步电机的调速性能可以和直流电机相媲美，其调速精度高、性能好。在矢量控制技术中，当使用编码器反馈时，调速精度可达0.001%，转矩调整率为2%，其性能相当于大功率的直流调速装置；在有编码器反馈系统中取其精确的速度和转矩控制，使控制对象运行更可靠和安全。
采用矢量控制技术，使受控电机在零转速下可获得强大的、精确的输出转矩。矢量控制变频器的这种“零转速时的满转矩输出”特性，应用在具有位能性负载的场合是非常适宜的，使系统在保证不溜车的前提下，易于实现全自动控制。 3.2 可靠的四象限变频技术
当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，此时能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机。
当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。由于采用了先进的算法，和合适的滤波器件使输入电流接近正弦波，并使系统的功率因数总是接近于1。SOHO变频器不仅能实现功率的双向流动，且具有很快的动态响应速度，经济效益较大，热损耗为能耗制动的1%，同时不污染电网，功率因数约等于1，具有绿色环保的特点。
4 SOHO在索道人车系统中的应用
SOHO的高性能矢量控制变频技术具有对电机精确控制，丰富的数字量接口，标准的通讯接口特别是无传感器的矢量控制方式对现场的适应性，从而使在对猴车系统的控制中很简单的实现了数字化控制的要求。
猴车系统是在有一定坡度的面上进行人员运输的，所以在人员下坡和减速停车过程中电机将处于反向发电的状态，在使用普通变频器控制时需要采用加装功率电阻进行能耗制动的方式，而功率电阻的宠大和热量，在集成系统中带来了安装空间和散热方式等严重的问题。所以本次改造中采用了高性能四象限运行矢量控制变频器，它能将电机产生的反向电能回馈给电网，从而解决了二象限变频器的制动电阻带来的种种问题。
猴车系统的运行分为两个阶段，即将人员从低点运到高点的过程为从电网中吸收电能，将人员从高点送到低点的过程将电能回给电网，所以根据能量守衡的理论节能量是100%的，在实际中去除机械，磨擦力，系统本身的损耗其节能率至少在80%，以一台37KW 的猴车每天运行24小时，功率因数取1，全年运行360天为例：其每月的节电率为：37×1×24×360×80%=204595kwt，取200000Kwt，以目前工业用电每千瓦时0.6元计算，每年可节省用电开支约200000×0.6=120000元。
5 结论
古书院矿索道人车SOHO变频器应用后，以其优越的性能，超小的体积，实现了对整个系统的集成化和数字化控制，从而达到了平稳控制和准确定位，提高了整个系统的安全系数、人性化程度。简化了变频器在整个系统中的接入，实现了对整个系统的软启软停，从而节约电能，延长了系统的寿命，提高了经济效益。
参考文献：
[1].SOHO-VD变频器用户手册. 韩国收获（SEOHO）电气株式会社，2005
[2].戴广平 韩冰.电机可逆性原理电动机节能.中国石化出版社，2008
作者简介：牛小刚（1978-），男，1998年毕业于辽宁阜新煤炭工业学校矿山机电专业，2009年完成了太原理工大学电气自动化本科学业，现工作于山西省晋城煤业集团古书院矿党委宣传部，机电助理工程师，1998—2002曾从事于井下采掘工作，任技术员。2002年后在古书院矿党委宣传部从事数字电视系统的线路维护工作。