CN201113906Y - 交流提升机高压变频电控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交流提升机高压变频电控装置，包括：主控台和高压变频调速柜，其特征是主控台采用两套可编程控制器作为控制核心，各种输入信号接到可编程控制器的输入端口，完成输入信号的采集，输出端口接到外部控制回路上，实现矿井提升工艺的全部控制要求和安全保护功能；高压变频调速柜由变压器柜、功率单元柜和控制柜三部分构成，主回路采用变压器移项、电压源型功率单元串联拓扑结构，能够完成矿井提升工艺的全部控制要求和安全保护功能，具有保护齐全，结构简单，性能优越、界面友好，功率因数高、谐波污染低、运行效率高、维护简单的优点。

Description

交流提升机高压变频电控装置

技术领域：

本实用新型属于矿用交流提升机电控技术领域。

背景技术：

矿井提升机是决定矿山的生产能力的关键设备，具有启、停频繁，低速重载和四象限运行等特点。我国矿井提升多数采用交流绕线式异步电动机转子串电阻调速方案。为获取更好的调速性能也有采用直流传动方案，近年来还出现了采用低速同步电动机驱动提升机的应用案例。

采用交流绕线式异步电动机驱动的矿井提升机，一般选用单机功率在200kW-1000kW之间的电动机，在某些大功率场合甚至还会用到双1000kW电动机来驱动。这些大功率电动机一般选用3kV，6kV或10kV等级的高压交流异步电动机，其中又以6kV为主。交流绕线式异步电动机的转子串电阻调速方案虽然存在调速不连续，机械、电气冲击大、设备复杂、能耗高、运行不经济、设备故障率高、维护工作量大等缺陷。但由于设备具有造价低、一次性投入少的显著优势而成为提升机调速的主流方案。直流调速方案虽能获得较好的调速特性，但直流电动机及其电气控制系统很复杂，而且存在设备功率因数低，谐波污染严重的问题。低速同步机调速方案应该是提升机的理想方案，但关键技术只有个别大型跨国公司掌握，因此设备造价太高，影响了该方案的推广和应用。

如何使高压交流异步电动机用简洁、可靠的方案、实现连续调速，始终是困绕矿井提升机发展的主要问题。随着计算机技术和变频技术的飞速发展，采用直接高压变频技术和以工业计算机为核心的自动控制技术解决矿井提升机的控制与传动成为必然趋势，而提升机高压变频电控装置就是这些先进技术完美结合的代表产品。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种能够实现连续调速，具有能量回馈，而且保护齐全、结构简洁、维护方便的交流提升机高压变频电控装置。

为了实现上述的目的，本实用新型包括：主控台和高压变频调速柜，主控台采用两套可编程控制器作为控制核心，各种输入信号分别接到两套可编程控制器的输入端口，输出端口接到外部控制回路上，从而实现矿井提升工艺的全部控制要求和安全保护功能；高压变频调速柜由变压器柜、功率单元柜和控制柜三部分构成，主回路采用变压器移项、电压源型功率单元串联拓扑结构。

变压器柜将高压变为低压，分别为功率单元柜内的功率单元供电，各功率单元均由相同的PWM整流逆变输出环节、直流环节和单元输出环节三部分组成。

为提高系统的可靠性，使系统能获得更高的安全等级，在主控台的进线端、内部电源端、信号端分别设置有避雷器。

本实用新型的有益效果是：能够完成矿井提升工艺的全部控制要求和安全保护功能，实现矿井提升机的连续调速，具有能量回馈功能，而且具有保护齐全，结构简单，性能优越、界面友好，功率因数高、谐波污染低、运行效率高、维护简单的优点。

附图说明：

图1为主控台外观结构示意图。

图2为高压变频调速柜外观结构图。

图3为高压变频调速柜原理框图。

图4为功率单元主回路拓扑结构图。

具体实施方式：

由图1可知，主控台由外壳1、操作显示板面10、内部器件构成，主控台的操作显示板10上设置有电压表4、一组指示灯5、电流表7、液晶显示屏8，一组指示灯5用于指示运行、信号已发、停车信号、空车运行、超载运行、调绳到位、安全条件具备等情况。主控台外壳1上还固定有主令控制器3、机械闸控制器9、提襻6、以及脚踏2。提襻6可以方便搬运。

主控台采用两套可编程控制器作为控制核心，各种输入控制信号接到两套可编程控制器的输入端，经可编程控制器逻辑运算后，其输出端接到外部控制回路，实现了矿井提升工艺过程要求和安全保护功能的全部要求，并且采用两套可编程控制器后，形成了监控回路双线控制，确保了整机的安全性，满足了煤矿安全规程的要求。主控台采用具有正弦波特性不间断电源为控制回路供电，保证了电控系统发生突然停电后仍具备直流二级制动功能，提高了系统的电磁兼容性指标。为提高系统的可靠性，使系统能获得更高的安全等级，在主控台的进线端、内部电源端、信号端分别设置有避雷器。装置间以及装置与外围设备间可以通过计算机通讯，也可以通过点对点的物理传输线完成信号传输。

由图2、图3可知，高压变频调速柜由变压器柜11、功率单元柜14和控制柜16三部分构成。变压器柜11、功率单元柜14顶部分别安装有风机13，用于空气循环，降低柜内器件工作环境温度。变压器柜的柜门上安装有温度控制仪12，为变压器提供温度告警和过热保护。控制柜16上设置有人机操作界面15，方便人员进行操作。变压器柜11内装有为功率单元提供三相电源的移相变压器。变压器柜将高压变为低压，分别为功率单元柜内的功率单元供电，变压器原边为星型接法，直接与高压相接。副边绕组数量依变频器电压等级及结构而定，3kV系列为9个，6kV系列为18，10kV系列为27个，采用延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。变压器副边绕组间有一定的相位差，达到移相多重化整流的目的，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，而且能提供较高的输入功率因数。

功率单元柜内安装的功率单元分成三组，每组排列成一排，每组串联成一相，每相串联的功率单元数量因电压等级的不同而不同，例如6kV电压等级为每相6个功率单元。功率单元的三相输入接电抗器的R、S、T输出，并有熔断器保护；功率单元串联输出后星接(Y接)，前右边三个单元短接成星点，后左边三个功率单元输出接电机和输出电压检测的分压电阻。A、C相在短接的中性点有霍尔元件，检测输出电流。功率单元安装在柜内的导轨上，用螺钉与导轨固定。柜内的所有功率单元具有完全相同的电气和机械参数，可以互换。功率单元内有独立的控制板、驱动板，驱动板工作电源取自主回路中的交流环节，经过隔离变压器采用开关电源，最高工作电压AC 600V。驱动板驱动IGBT，控制板通过光纤与系统中的光纤板通讯。光纤是功率单元与主控系统的唯一连接，因而实现了功率单元与主控系统的完全电气隔离。

控制柜位于高压变频调速柜的前右面，从上到下依次为控制器(内含三块光纤板、主控板、信号板、电源板)和I/O接口板。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向功率单元发出脉宽调制(PWM)信号或工作模式信号。功率单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。信号板采集高压变频调速柜的输出电压、电流信号和光电编码盘信号，并将模拟信号进行隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于高压变频调速柜的控制、保护，以及提供给主控板实现数据采集。主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过RS232通讯口与人机操作界面板进行交换数据，提供高压变频调速柜的状态参数，并接受来自人机操作界面的参数设置。I/O接口板用于高压变频调速柜内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了高压变频调速柜现场应用的灵活性。I/O接口板有处理两路模拟量输入和两路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理来自现场的流量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置信号；模拟输出量是运行频率和输出电流。人机操作界面安装在控制柜体右门上，人机界面下方是“系统复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。人机操作界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可以选择上位监控而实现高压变频调速柜的网络化控制。通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与I/O接口板连接，实时监控高压变频调速柜的状态。

由图4可知，各功率单元均由相同的PWM整流逆变输出环节、直流环节和单元输出环节三部分组成。正常工作过程中，通过比较各功率单元直流母线电压与设定阀值的关系，控制功率单元的电流流向从而实现变频器四象限运行。当电动机处于电动状态时，母线电压低于设定阀值，前端的PWM整流逆变输出环节处于整流工作状态，电能从电网由功率单元整流、滤波、逆变后以设定的频率驱动电动机运转。反之当电动机处于发电状态时，电动机发出的电能由功率单元输出侧IGBT的续流二极管加到直流母线，致使母线电压泵升，当检测到母线电压高于设定阀值，则前端的PWM整流逆变输出环节处于逆变工作状态，将泵升的母线电能回馈电网。随着母线上能量的回馈，母线电压也随之降低，使功率单元前端的PWM整流逆变输出环节进入整流状态。为确保高质量的能量回馈，功率单元需要增设进线滤波电抗器。

Claims (3)

1、一种交流提升机高压变频电控装置，包括：主控台和高压变频调速柜，其特征是主控台采用两套可编程控制器作为控制核心，各种输入信号接到可编程控制器的输入端口，输出端口接到外部控制回路上，实现矿井提升工艺的全部控制要求和安全保护功能；高压变频调速柜由变压器柜、功率单元柜和控制柜三部分构成，主回路采用变压器移项、电压源型功率单元串联拓扑结构。

2、根据权利要求1所述的交流提升机高压变频电控装置，其特征是各功率单元均由相同的PWM整流逆变输出环节、直流环节和单元输出环节三部分组成。

3、根据权利要求1所述的交流提升机高压变频电控装置，其特征是在主控台的进线端、内部电源端、信号端分别设置有避雷器。

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