CN217001858U - 一种盾构机用刀盘变频驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及盾构机用附属装置，具体为一种盾构机用刀盘变频驱动装置。本实用新型为了解决现有技术冗余性差以及会在网测产生较大谐波的问题，故提供了一种新的盾构机用刀盘变频驱动装置，包括十二脉波干式整流变压器，十二脉波干式整流变压器并有两个副边，其中一个副边通过第一断路器、与第一整流器的输入端连接，另一个副边通过第二断路器、与第二整流器的输入端连接，第一整流器、第二整流器并联后与六个逆变器的输入端连接，六个逆变器的输出端分别连接六台刀盘变频电机，第二断路器，与第二整流器的连接节点处通过第三断路器、600V/380V变压器与辅助负载连接，从而提高了该装置的冗余性，降低了其运行后对电网侧产生的谐波影响。

Description

一种盾构机用刀盘变频驱动装置

技术领域

本实用新型涉及盾构机用附属装置，具体为一种盾构机用刀盘变频驱动装置。

背景技术

盾构机的刀盘驱动系统主要有三种形式：液压驱动、定速电机驱动和变频驱动。早期盾构机刀盘多采用液压驱动，其特点是启动力矩大、容易实现同步控制、但是效率低、噪音大、前盾内空间利用率低、后台车配套设备体积大、价格贵、有污染。随着变频控制技术的发展，电机驱动的优势愈加明显，并以其低成本、容易维护等优点成为主要的发展趋势。

如图1所示，现有技术的刀盘变频驱动装置是采用普通（六脉冲）的10kV/600V的干式整流变压器给逆变器供电从而驱动刀盘电机的工作模式，包括10kV/600V的干式整流变压器，干式整流变压器并有两个副边，干式整流变压器一个副边通过第一断路器Q1与整流器的输入端连接，整流器的输出端连接有六个逆变器，每个逆变器单独驱动有一个刀盘变频电机，干式整流变压器的另一个副边通过第二断路器Q2依次与控制单元、盾构机的辅助负载（盾构机的辅助负载包括驱动系统的水冷变频器、循环水泵、散热风机、电加热器、换流风机及控制系统所需的PLC及电路板供电）连接，此外，还包括一套外置的辅助绕组，将交流600V转换输出交流400V，用来驱动刀盘变频装置的盾构机的辅助负载工作。工作原理：电网10kV通过10kV/600V的干式整流变压器后，转换成交流600V电压给大功率整流器供电，整流器将交流电整流输出直流电作为母线电压，用于给六个逆变器供电，每个逆变器单独驱动一个刀盘变频电机，通过同步控制六个逆变器，做到六台刀盘变频电机同步工作，实现六台刀盘变频电机的旋转及转矩平衡。

现有技术的缺点：1）普通的干式整流变压器负载是普通的六脉冲整流电路，当刀盘变频驱动装置工作后，普通的干式整流变压器负载会在网测产生较大的谐波，污染10kV电网，不利于与电网连接的其他设备工作；

2）现有技术中使用大功率整流器，当整流器出现故障时，整个刀盘变频驱动装置将停止工作，冗余性较差。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术存在上述缺陷的问题，故提供了一种新型的盾构机用刀盘变频驱动装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种盾构机用刀盘变频驱动装置，包括十二脉波干式整流变压器以及刀盘变频驱动组件，刀盘变频驱动组件包括六个逆变器、六台刀盘变频电机、六脉波整流器，六脉波整流器为两个且分别为第一整流器、第二整流器，十二脉波干式整流变压器并有两个副边，其中一个副边通过第一断路器Q1与第一整流器的输入端连接，另一个副边通过第二断路器Q2与第二整流器的输入端连接，第一整流器、第二整流器输出直流电并联后与六个逆变器的输入端连接，六个逆变器的输出端分别连接六台刀盘变频电机，第二断路器Q2与第二整流器的连接节点处通过第三断路器Q3、用于给盾构机的辅助负载提供低压电源的600V/380V变压器与盾构机的辅助负载连接。

工作原理：电网通过十二脉波干式整流变压器变换后，十二脉波干式整流变压器的副边分别输出交流电用于给两个整流器供电，从而形成十二脉波整流电路，减少负载工作产生的谐波对网测的影响，两个整流器输出直流电经过并联后给六个逆变器供电，每个逆变器后端接有一台用于驱动盾构机刀盘旋转的刀盘变频电机，另一方面，盾构机的辅助负载也从十二脉波干式整流变压器的其中一个副边取电，维持自身工作；同时设计两个整流器有利于提高系统的冗余性，当有一个整流器故障时，另外一个整流器可以继续给后级负载供电。

本实用新型所产生的有益效果如下：

1) 提高了盾构机用刀盘变频驱动系统的可靠性，以至于在出现一个整流器故障的时候，整个电驱动系统可以继续运行，减少停止施工的经济损失；

2) 通过采用十二脉波整流技术降低刀盘驱动系统运行后对电网侧产生的谐波影响。

附图说明

图1为现有技术的盾构机用刀盘变频驱动装置拓扑图；

图2为本发明的盾构机用刀盘变频驱动装置拓扑图；

图3为本发明的盾构机用刀盘变频驱动装置的柜体布局图。

具体实施方式

如图2和图3所示，一种盾构机用刀盘变频驱动装置，包括十二脉波干式整流变压器（十二脉波干式整流变压器容量为1500kVA，其二次侧有2套绕组，额定输出电压600V，其相位角相错30°，两台六脉波整流器容量分别为750kVA）以及刀盘变频驱动组件，刀盘变频驱动组件包括六个逆变器、六台刀盘变频电机、六脉波整流器，六脉波整流器为两个且分别为第一整流器、第二整流器，十二脉波干式整流变压器并有两个副边，其中一个副边通过第一断路器Q1与第一整流器的输入端连接，另一个副边通过第二断路器Q2与第二整流器的输入端连接，第一整流器、第二整流器输出直流电并联后与六个逆变器的输入端连接，六个逆变器的输出端分别连接六台刀盘变频电机，第二断路器Q2与第二整流器的连接节点处通过第三断路器Q3、用于给盾构机的辅助负载提供低压电源的600V/380V变压器与盾构机的辅助负载连接。

工作原理：三相交流电10kV电网通过10kV/600V的十二脉波干式整流变压器变换后，十二脉波干式整流变压器的副边分别输出交流电600V用于给两个整流器供电，从而形成十二脉波整流电路，减少负载工作产生的谐波对网测的影响，两个整流器输出直流电经过并联后给六个逆变器供电，每个逆变器后端接有一台用于驱动盾构机刀盘旋转的刀盘变频电机，另一方面，盾构机的辅助负载也从十二脉波干式整流变压器的其中一个副边取电，维持自身工作；同时设计两个整流器有利于提高系统的冗余性，当有一个整流器故障时，另外一个整流器可以继续给后级负载供电。

具体实施时，该驱动装置还包括柜体，柜体由两部分构成且分别为用于安装十二脉波干式整流变压器和600V/380V变压器的变压器柜体以及用于安装刀盘变频驱动组件的刀盘变频驱动柜体，变压器柜体与刀盘变频驱动柜体通过动力电缆进行连接，刀盘变频驱动柜体从左至右依次为进线柜、开关柜+水冷柜、整流柜、分别用于均布六个逆变器的第一逆变柜、第二逆变柜、第三逆变柜、出线柜+内设控制单元的低压控制柜，该驱动装置的柜体与盾构机的机身的安装采用T型螺栓固定的安装方式，且柜体的模块化布局结构使得整流器和逆变器分开，便于出现故障时分开维护。

具体实施时，该驱动装置设有电压检测器以及用于显示是否为高压状态的指示灯，当中间直流回路电压等于或大于设定安全电压时，指示灯亮，表示系统处于高压状态，当系统停机时，中间直流回路电压电压降到一定值，指示灯灭，可开柜门进行维护。

具体实施时，六个逆变器采用主从控制即设定一个逆变器为主机，其余逆变器为从机，六个逆变器通过CAN进行通讯，从而实现多个刀盘驱动变频电机之间的负载均衡。

具体实施时，该驱动装置还包括本地控制部分以及上位机，本地控制部分包括本地PLC、人机界面，人机界面上设有进行各种参数设置的界面以及操作界面，本地控制单元通过Devicenet总线与上位机进行连接，从而将刀盘变频驱动装置运行过程中相关的数据传输到上位机，上位机上设有本地/远程转换开关，这样的设计更加人性化。

本具体实施方式中，该驱动装置的柜体顶部安装有用于柜体起吊的6个吊点。该驱动装置的柜门设有安全门连锁结构。刀盘变频电机为三相异步电机或永磁同步电机。刀盘变频电机的功率为200kW。

Claims (10)

1.一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，包括十二脉波干式整流变压器以及刀盘变频驱动组件，刀盘变频驱动组件包括六个逆变器、六台刀盘变频电机、六脉波整流器，六脉波整流器为两个且分别为第一整流器、第二整流器，十二脉波干式整流变压器并有两个副边，其中一个副边通过第一断路器Q1与第一整流器的输入端连接，另一个副边通过第二断路器Q2与第二整流器的输入端连接，第一整流器、第二整流器输出直流电并联后与六个逆变器的输入端连接，六个逆变器的输出端分别连接六台刀盘变频电机，第二断路器Q2与第二整流器的连接节点处通过第三断路器Q3、用于给盾构机的辅助负载提供低压电源的600V/380V变压器与盾构机的辅助负载连接。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，还包括柜体，柜体由两部分构成且分别为用于安装十二脉波干式整流变压器和600V/380V变压器的变压器柜体以及用于安装刀盘变频驱动组件的刀盘变频驱动柜体，变压器柜体与刀盘变频驱动柜体通过动力电缆进行连接，刀盘变频驱动柜体从左至右依次为进线柜、开关柜+水冷柜、用于安装两个整流器的整流柜、分别用于均布六个逆变器的第一逆变柜、第二逆变柜、第三逆变柜、出线柜+内设控制单元的低压控制柜。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，该驱动装置的柜体顶部安装有用于柜体起吊的6个吊点。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，该驱动装置的柜门设有安全门连锁结构。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，该驱动装置设有电压检测器以及用于显示是否为高压状态的指示灯。

6.根据权利要求5所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，六个逆变器采用主从控制即设定一个逆变器为主机，其余逆变器为从机，六个逆变器通过CAN进行通讯。

7.根据权利要求6所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，还包括本地控制部分以及上位机，本地控制部分包括本地PLC、人机界面，本地控制单元通过Devicenet总线与上位机进行连接，从而将刀盘变频驱动装置运行过程中相关的数据传输到上位机，上位机上设有本地/远程转换开关。

8.根据权利要求7所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，刀盘变频电机为三相异步电机或永磁同步电机。

9.根据权利要求8所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，十二脉波干式整流变压器容量为1500kVA，其二次侧有2套绕组，额定输出电压600V，其相位角相错30°，两台6脉波整流器容量分别为750kVA。

10.根据权利要求9所述的一种盾构机用刀盘变频驱动装置，其特征在于，刀盘变频电机的功率为200kW。

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