專利名稱：高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井提升機(jī)中的調(diào)速設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域，是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的礦井提升是繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方式，其缺點(diǎn)是調(diào)速質(zhì)量差；能耗大；功率因數(shù)低；故障率高，維修量大。傳統(tǒng)的高壓變頻調(diào)速器整流器為二極管不可控整流方案，沒有采用電阻制動(dòng)或帶可控整流電路的制動(dòng)功能，無法實(shí)現(xiàn)電機(jī)電力制動(dòng)。交交變頻調(diào)速器能夠?qū)崿F(xiàn)四象限運(yùn)行，但是諧波大、對(duì)電網(wǎng)污染嚴(yán)重；交直交三電平或兩電平變頻調(diào)速器，其缺陷也是諧波較大，du/dt很高，對(duì)電機(jī)有特殊的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過大量研究試驗(yàn)，將H橋串聯(lián)式高壓變頻器技術(shù)、機(jī)車牽引四象限控制技術(shù)、列車電阻制動(dòng)技術(shù)與大功率提升機(jī)相結(jié)合，形成了一種對(duì)電網(wǎng)影響極小、采用電阻制動(dòng)或帶可控整流電路制動(dòng)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使提升機(jī)調(diào)速質(zhì)量明顯提高、節(jié)能30-40％、功率因數(shù)可提高到0.96以上，有效解決了我國(guó)長(zhǎng)期以來未能解決的高壓大功率電機(jī)的正向電力牽引、正向電力制動(dòng)、反向電力牽引和反向電力制動(dòng)四種工況下驅(qū)動(dòng)低效能負(fù)載平穩(wěn)、安全運(yùn)行的難題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用，其特征在于其控制策略采用異步電機(jī)柔性牽引閉環(huán)，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速反饋之間的誤差，發(fā)出適當(dāng)?shù)念l率幅值和三相正弦信號(hào)指令，該指令傳送給高壓變頻器，通過高壓變頻器輸出符合上述要求的交流電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使運(yùn)轉(zhuǎn)性能嚴(yán)格符合轉(zhuǎn)速給定的要求；采用了IGBT斬波式電阻制動(dòng)方式或帶可控整流電路的再生制動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電力制動(dòng)；高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用多個(gè)低壓H橋變頻功率單元串聯(lián)疊加而成，由多個(gè)變頻功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y接，與電機(jī)相連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其新穎性和創(chuàng)造性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面
1、提高主井提升機(jī)的效率，實(shí)現(xiàn)噸煤節(jié)電量不低于30％的目標(biāo)；將傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子串電阻的轉(zhuǎn)差功率消型調(diào)速方式改為變頻變壓的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方式，在正常工況下，現(xiàn)有的大功率調(diào)速電阻群將不再使用，可使噸煤耗電量下降30％。
2、提高功率因數(shù)，降低無功功率；由于采用了先進(jìn)的隔離移相變壓器技術(shù)和電壓源型IGBT逆變技術(shù)，在克服了傳統(tǒng)的變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾的同時(shí)，主傳動(dòng)系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.96以上，大大提高了設(shè)備對(duì)電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。
3、提高系統(tǒng)的運(yùn)用可靠性、安全性；第一，技術(shù)改造完成后，由于在正常工況下不再使用大功率調(diào)速電阻群，切換電阻用的接觸器將不再工作，較大幅度地減少電氣和機(jī)械故障對(duì)生產(chǎn)的影響。第二，由于電壓和頻率均連續(xù)可調(diào)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流可得到有效控制，轉(zhuǎn)矩沖擊將不再存在，這將明顯地減少當(dāng)前的有級(jí)調(diào)速系統(tǒng)容易出現(xiàn)的齒輪箱和鋼繩等設(shè)備的機(jī)械故障。第三，由于減速過程中由電力制動(dòng)取代了原來的低頻制動(dòng)，制動(dòng)效果更好，尤其爬行速度按要求的速度圖嚴(yán)格控制更加安全。
4、可實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)自動(dòng)化提升，無需人工操作，加減速速度曲線為反“S”型曲線，曲線平滑無拐點(diǎn)，起停車時(shí)平穩(wěn)無抖動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)機(jī)械設(shè)備無任何沖擊。
5、變頻系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
6、改造后系統(tǒng)可在0m/s至全速范圍內(nèi)的任意速度下連續(xù)重載安全運(yùn)行。


圖1是帶轉(zhuǎn)速閉環(huán)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。
圖2是多個(gè)變頻功率單元串聯(lián)疊加示意圖。
圖3是高壓變頻調(diào)速裝置的拓樸圖。
圖4是電阻制動(dòng)的功率單元結(jié)構(gòu)圖。
圖5是可控硅整流的功率單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
見圖1，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用，其控制策略采用異步電機(jī)柔性牽引閉環(huán)，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速反饋之間的誤差，發(fā)出適當(dāng)?shù)念l率幅值和三相正弦信號(hào)指令，該指令傳送給高壓變頻器，通過高壓變頻器輸出符合上述要求的交流電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使運(yùn)轉(zhuǎn)性能嚴(yán)格符合轉(zhuǎn)速給定的要求。
該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用性能優(yōu)良、技術(shù)成熟、安全可靠的輸入隔離變壓器-H橋單元串聯(lián)多電平技術(shù)方案和異步電機(jī)柔性牽引閉環(huán)的方式，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)牽引制動(dòng)。
見圖2，該高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由多個(gè)低壓H橋變頻功率單元串聯(lián)疊加而成，疊加達(dá)到高壓輸出的目的。由多個(gè)變頻功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y接，與電機(jī)相連接；見圖3，由電網(wǎng)送來的三相6KV交流電經(jīng)過隔離移相變壓器供給每相6個(gè)共18個(gè)IGBT變頻功率單元，每相上的6個(gè)功率單元輸出的PWM波相疊加后，采用Y形連接，將形成線電壓為6000V的高質(zhì)量的正弦波輸出，供給提升機(jī)1-2臺(tái)1000KW的主傳動(dòng)線繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)使用(圖3)。
在以正力為主的提升機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，為了減少設(shè)備投資、提高系統(tǒng)的運(yùn)用可靠性，宜采用IGBT斬波式電阻制動(dòng)方案(圖4)，變頻功率單元為基本的交-直-交三相整流/單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，經(jīng)整流后接有電阻制動(dòng)電路，電阻制動(dòng)電路由IGBT同電阻串聯(lián)而成，電阻制動(dòng)電路兩端并聯(lián)濾波電容；輸出側(cè)由逆變的IGBT相互串接組成，與電機(jī)相連接；采用熱管散熱技術(shù)。
在經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)力的提升機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，宜采用采用帶可控整流電路的再生制動(dòng)方式(圖5)，該種制動(dòng)方式可使制動(dòng)能量回送電網(wǎng)。變頻功率單元為基本的交-直-交三相整流/單相逆變電路，整流側(cè)為IGBT三相全橋，經(jīng)整流后給濾波電容充電；輸出側(cè)由逆變的IGBT相互串接組成，與電機(jī)相連接；采用熱管散熱技術(shù)。
移相變壓器的副邊繞組分為多組，二級(jí)線圈互相存在一個(gè)相位差，根據(jù)電壓等級(jí)和變頻功率單元級(jí)數(shù)，一般由幾十到百余脈沖系列構(gòu)成多級(jí)移相疊加的整流方式。
控制器由高速單片機(jī)或DSP、工控PC和PLC共同組成，控制器與變頻功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離。
權(quán)利要求
1.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用，其特征在于其控制策略采用異步電機(jī)柔性牽引閉環(huán)，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速反饋之間的誤差，發(fā)出適當(dāng)?shù)念l率幅值和三相正弦信號(hào)指令，該指令傳送給高壓變頻器，通過高壓變頻器輸出符合上述要求的交流電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使運(yùn)轉(zhuǎn)性能嚴(yán)格符合轉(zhuǎn)速給定的要求；采用了IGBT斬波式電阻制動(dòng)方式或帶可控整流電路的再生制動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電力制動(dòng)；高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用多個(gè)低壓H橋變頻功率單元串聯(lián)疊加而成，由多個(gè)變頻功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，三相Y接，與電機(jī)相連接。
全文摘要
本發(fā)明是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用，其控制策略采用異步電機(jī)柔性牽引閉環(huán)，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速反饋之間的誤差，發(fā)出適當(dāng)?shù)念l率幅值和三相正弦信號(hào)指令，該指令傳送給高壓變頻器，通過高壓變頻器輸出符合上述要求的交流電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使運(yùn)轉(zhuǎn)性能嚴(yán)格符合轉(zhuǎn)速給定的要求；采用了IGBT斬波式電阻制動(dòng)方式或帶可控整流電路的再生制動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電力制動(dòng)。該系統(tǒng)可使提升機(jī)調(diào)速質(zhì)量明顯提高、節(jié)能30－40％、功率因數(shù)可提高到0.96以上，有效解決了高壓大功率電機(jī)的正向電力牽引、正向電力制動(dòng)、反向電力牽引和反向電力制動(dòng)四種工況下驅(qū)動(dòng)低效能負(fù)載平穩(wěn)、安全運(yùn)行的難題。
文檔編號(hào)H02P3/22GK1801599SQ200510136739
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者李興, 左強(qiáng), 徐穎, 孫蕾, 陳昭, 韓國(guó)君, 錢寶利, 丁迎春 申請(qǐng)人:遼寧榮信電力電子股份有限公司