CN1801599A - 高压变频调速系统在矿井提升机中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明是高压变频调速系统在矿井提升机中的应用，其控制策略采用异步电机柔性牵引闭环，控制器根据转速给定和转速反馈之间的误差，发出适当的频率幅值和三相正弦信号指令，该指令传送给高压变频器，通过高压变频器输出符合上述要求的交流电能，驱动电机运转，使运转性能严格符合转速给定的要求；采用了IGBT斩波式电阻制动方式或带可控整流电路的再生制动方式，实现电机的电力制动。该系统可使提升机调速质量明显提高、节能30－40％、功率因数可提高到0.96以上，有效解决了高压大功率电机的正向电力牵引、正向电力制动、反向电力牵引和反向电力制动四种工况下驱动低效能负载平稳、安全运行的难题。

Description

高压变频调速系统在矿井提升机中的应用

技术领域

本发明涉及矿井提升机中的调速设备的应用领域，是高压变频调速系统在矿井提升机中的应用。

背景技术

现有技术中的矿井提升是绕线转子电机转子串电阻的调速方式，其缺点是调速质量差；能耗大；功率因数低；故障率高，维修量大。传统的高压变频调速器整流器为二极管不可控整流方案，没有采用电阻制动或带可控整流电路的制动功能，无法实现电机电力制动。交交变频调速器能够实现四象限运行，但是谐波大、对电网污染严重；交直交三电平或两电平变频调速器，其缺陷也是谐波较大，du/dt很高，对电机有特殊的要求。

发明内容

本发明通过大量研究试验，将H桥串联式高压变频器技术、机车牵引四象限控制技术、列车电阻制动技术与大功率提升机相结合，形成了一种对电网影响极小、采用电阻制动或带可控整流电路制动的高压变频调速系统，该系统可使提升机调速质量明显提高、节能30-40％、功率因数可提高到0.96以上，有效解决了我国长期以来未能解决的高压大功率电机的正向电力牵引、正向电力制动、反向电力牵引和反向电力制动四种工况下驱动低效能负载平稳、安全运行的难题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

高压变频调速系统在矿井提升机中的应用，其特征在于：其控制策略采用异步电机柔性牵引闭环，控制器根据转速给定和转速反馈之间的误差，发出适当的频率幅值和三相正弦信号指令，该指令传送给高压变频器，通过高压变频器输出符合上述要求的交流电能，驱动电机运转，使运转性能严格符合转速给定的要求；

采用了IGBT斩波式电阻制动方式或带可控整流电路的再生制动方式，实现电机的电力制动；

高压变频调速系统采用多个低压H桥变频功率单元串联叠加而成，由多个变频功率单元串联构成一相，三相Y接，与电机相连接。

本发明与现有技术相比，其新颖性和创造性体现在以下几个方面：

1、提高主井提升机的效率，实现吨煤节电量不低于30％的目标；将传统的转子串电阻的转差功率消型调速方式改为变频变压的转差功率不变型调速方式，在正常工况下，现有的大功率调速电阻群将不再使用，可使吨煤耗电量下降30％。

2、提高功率因数，降低无功功率；由于采用了先进的隔离移相变压器技术和电压源型IGBT逆变技术，在克服了传统的变频器对电网的谐波干扰的同时，主传动系统的功率因数提高到0.96以上，大大提高了设备对电网容量资源的利用率，减少了因无功电流引起的线路损耗。

3、提高系统的运用可靠性、安全性；第一，技术改造完成后，由于在正常工况下不再使用大功率调速电阻群，切换电阻用的接触器将不再工作，较大幅度地减少电气和机械故障对生产的影响。第二，由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击将不再存在，这将明显地减少当前的有级调速系统容易出现的齿轮箱和钢绳等设备的机械故障。第三，由于减速过程中由电力制动取代了原来的低频制动，制动效果更好，尤其爬行速度按要求的速度图严格控制更加安全。

4、可实现电控系统自动化提升，无需人工操作，加减速速度曲线为反“S”型曲线，曲线平滑无拐点，起停车时平稳无抖动、制动平稳，对机械设备无任何冲击。

5、变频系统对电网的谐波干扰低于国家标准。

6、改造后系统可在0m/s至全速范围内的任意速度下连续重载安全运行。

附图说明

图1是带转速闭环的高压变频调速系统的原理框图。

图2是多个变频功率单元串联叠加示意图。

图3是高压变频调速装置的拓朴图。

图4是电阻制动的功率单元结构图。

图5是可控硅整流的功率单元结构图。

具体实施方式

见图1，高压变频调速系统在矿井提升机中的应用，其控制策略采用异步电机柔性牵引闭环，控制器根据转速给定和转速反馈之间的误差，发出适当的频率幅值和三相正弦信号指令，该指令传送给高压变频器，通过高压变频器输出符合上述要求的交流电能，驱动电机运转，使运转性能严格符合转速给定的要求。

该高压变频调速系统采用性能优良、技术成熟、安全可靠的输入隔离变压器-H桥单元串联多电平技术方案和异步电机柔性牵引闭环的方式，可实现电机的正反转牵引制动。

见图2，该高压变频调速系统由多个低压H桥变频功率单元串联叠加而成，叠加达到高压输出的目的。由多个变频功率单元串联构成一相，三相Y接，与电机相连接；

见图3，由电网送来的三相6KV交流电经过隔离移相变压器供给每相6个共18个IGBT变频功率单元，每相上的6个功率单元输出的PWM波相叠加后，采用Y形连接，将形成线电压为6000V的高质量的正弦波输出，供给提升机1-2台1000KW的主传动线绕转子异步电动机使用(图3)。

在以正力为主的提升机应用领域，为了减少设备投资、提高系统的运用可靠性，宜采用IGBT斩波式电阻制动方案(图4)，变频功率单元为基本的交-直-交三相整流/单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，经整流后接有电阻制动电路，电阻制动电路由IGBT同电阻串联而成，电阻制动电路两端并联滤波电容；输出侧由逆变的IGBT相互串接组成，与电机相连接；采用热管散热技术。

在经常出现负力的提升机应用领域，宜采用采用带可控整流电路的再生制动方式(图5)，该种制动方式可使制动能量回送电网。变频功率单元为基本的交-直-交三相整流/单相逆变电路，整流侧为IGBT三相全桥，经整流后给滤波电容充电；输出侧由逆变的IGBT相互串接组成，与电机相连接；采用热管散热技术。

移相变压器的副边绕组分为多组，二级线圈互相存在一个相位差，根据电压等级和变频功率单元级数，一般由几十到百余脉冲系列构成多级移相叠加的整流方式。

控制器由高速单片机或DSP、工控PC和PLC共同组成，控制器与变频功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离。

Claims (1)

1、高压变频调速系统在矿井提升机中的应用，其特征在于：其控制策略采用异步电机柔性牵引闭环，控制器根据转速给定和转速反馈之间的误差，发出适当的频率幅值和三相正弦信号指令，该指令传送给高压变频器，通过高压变频器输出符合上述要求的交流电能，驱动电机运转，使运转性能严格符合转速给定的要求；

采用了IGBT斩波式电阻制动方式或带可控整流电路的再生制动方式，实现电机的电力制动；

高压变频调速系统采用多个低压H桥变频功率单元串联叠加而成，由多个变频功率单元串联构成一相，三相Y接，与电机相连接。

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