專利名稱：交流提升機(jī)高壓變頻電控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于礦用交流提升機(jī)電控技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景礦井提升機(jī)是決定礦山的生產(chǎn)能力的關(guān)鍵設(shè)備，具有啟、停頻繁，低速重 載和四象限運(yùn)行等特點(diǎn)。.我國(guó)礦井提升多數(shù)釆用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串 電阻調(diào)速方案。為獲取更好的調(diào)速性能也有釆用直流傳動(dòng)方案，近年來(lái)還出現(xiàn) 了采用低速同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)提升機(jī)的應(yīng)用案例。采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的礦井提升機(jī)， 一般選用單機(jī)功率在200kW 一1000kW之間的電動(dòng)機(jī)，在某些大功率場(chǎng)合甚至還會(huì)用到雙1000kW電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū) 動(dòng)。這些大功率電動(dòng)機(jī)一般選用3kV, 6kV或10kV等級(jí)的高壓交流異步電動(dòng)機(jī)， 其中又以6kV為主。交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方案雖然存在調(diào) 速不連續(xù)，機(jī)械、電氣沖擊大、設(shè)備復(fù)雜、能耗高、運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)、設(shè)備故障率 高、維護(hù)工作量大等缺陷。但由于設(shè)備具有造價(jià)低、 一次性投入少的顯著優(yōu)勢(shì) 而成為提升機(jī)調(diào)速的主流方案。直流調(diào)速方案雖能獲得較好的調(diào)速特性，但直 流電動(dòng)機(jī)及其電氣控制系統(tǒng)很復(fù)雜，而且存在設(shè)備功率因數(shù)低，諧波污染嚴(yán)重 的問(wèn)題。低速同步機(jī)調(diào)速方案應(yīng)該是提升機(jī)的理想方案，但關(guān)鍵技術(shù)只有個(gè)別 大型跨國(guó)公司掌握，因此設(shè)備造價(jià)太高，影響了該方案的推廣和應(yīng)用。如何使高壓交流異步電動(dòng)機(jī)用簡(jiǎn)潔、可靠的方案、實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)速，始終是 困繞礦井提升機(jī)發(fā)展的主要問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，采 用直接高壓變頻技術(shù)和以工業(yè)計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)控制技術(shù)解決礦井提升機(jī)的控制與傳動(dòng)成為必然趨勢(shì)，而提升機(jī)高壓變頻電控裝置就是這些先進(jìn)技術(shù)完美 結(jié)合的代表產(chǎn)品。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)調(diào)速，具有能量回饋，而且保 護(hù)齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、維護(hù)方便的交流提升機(jī)高壓變頻電控裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型包括主控臺(tái)和高壓變頻調(diào)速拒，主控 臺(tái)釆用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入信號(hào)分別接到兩套可編程控 制器的輸入端口，輸出端口接到外部控制回路上，從而實(shí)現(xiàn)礦井提升工藝的全 部控制要求和安全保護(hù)功能；高壓變頻調(diào)速柜由變壓器柜、功率單元柜和控制 柜三部分構(gòu)成，主回路采用變壓器移項(xiàng)、電壓源型功率單元串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。變壓器柜將高壓變?yōu)榈蛪?，分別為功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，各功率 單元均由相同的P麵整流逆變輸出環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)和單元輸出環(huán)節(jié)三部分組成。為提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)能獲得更高的安全等級(jí)，在主控臺(tái)的進(jìn)線端、 內(nèi)部電源端、信號(hào)端分別設(shè)置有避雷器。本實(shí)用新型的有益效果是能夠完成礦井提升工藝的全部控制要求和安全 保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的連續(xù)調(diào)速，具有能量回饋功能，而且具有保護(hù)齊 全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越、界面友好，功率因數(shù)高、諧波污染低、運(yùn)行效率高、 維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為主控臺(tái)外觀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為高壓變頻調(diào)速柜外觀結(jié)構(gòu)圖。 圖3為高壓變頻調(diào)速柜原理框圖。 圖4為功率單元主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
由圖1可知，主控臺(tái)由外殼l、操作顯示板面IO、內(nèi)部器件構(gòu)成，主控臺(tái) 的搡作顯示板10上設(shè)置有電壓表4、 一組指示燈5、電流表7、液晶顯示屏8， 一組指示燈5用于指示運(yùn)行、信號(hào)已發(fā)、停車信號(hào)、空車運(yùn)行、超載運(yùn)行、調(diào) 繩到位、安全條件具備等情況。主控臺(tái)外殼l上還固定有主令控制器3、機(jī)械閘 控制器9、提襻6、以及腳踏2。提襻6可以方便搬運(yùn)。主控臺(tái)釆用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入控制信號(hào)接到兩套 可編程控制器的輸入端，經(jīng)可編程控制器邏輯運(yùn)算后，其輸出端接到外部控制 回路，實(shí)現(xiàn)了礦井提升工藝過(guò)程要求和安全保護(hù)功能的全部要求，并且采用兩 套可編程控制器后，形成了監(jiān)控回路雙線控制，確保了整機(jī)的安全性，滿足了 煤礦安全規(guī)程的要求。主控臺(tái)采用具有正弦波特性不間斷電源為控制回路供電， 保證了電控系統(tǒng)發(fā)生突然停電后仍具備直流二級(jí)制動(dòng)功能，提高了系統(tǒng)的電磁 兼容性指標(biāo)。為提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)能獲得更高的安全等級(jí)，在主控臺(tái) 的進(jìn)線端、內(nèi)部電源端、信號(hào)端分別設(shè)置有避雷器。裝置間以及裝置與外圍設(shè) 備間可以通過(guò)計(jì)算機(jī)通訊，也可以通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物理傳輸線完成信號(hào)傳輸。由圖2、圖3可知，高壓變頻調(diào)速柜由變壓器拒ll、功率單元柜14和控制 柜16三部分構(gòu)成。變壓器拒ll、功率單元柜14頂部分別安裝有風(fēng)機(jī)13,用于 空氣循環(huán)，降低柜內(nèi)器件工作環(huán)境溫度。變壓器拒的柜門上安裝有溫度控制儀 12，為變壓器提供溫度告警和過(guò)熱保護(hù)?？刂乒?6上設(shè)置有人機(jī)操作界面15，方便人員進(jìn)行操作。變壓器柜ll內(nèi)裝有為功率單元提供三相電源的移相變壓 器。變壓器拒將高壓變?yōu)榈蛪海謩e為功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，變壓器 原邊為星型接法，直接與高壓相接。副邊繞組數(shù)量依變頻器電壓等級(jí)及結(jié)構(gòu)而 定，3kV系列為9個(gè)，6kV系列為18, 10kV系列為27個(gè)，采用延邊三角形接法，為每個(gè)功率單元提供三相電源輸入。變壓器副邊繞組間有一定的相位差，達(dá)到 移相多重化整流的目的，從而消除了大部分由單個(gè)功率單元所引起的諧波電流， 而且能提供較高的輸入功率因數(shù)。功率單元柜內(nèi)安裝的功率單元分成三組，每組排列成一排，每組串聯(lián)成一相，每相串聯(lián)的功率單元數(shù)量因電壓等級(jí)的不同而不同，例如6kV電壓等級(jí)為每相6個(gè)功率單元。功率單元的三相輸入接電抗器的R、 S、 T輸出，并有熔斷 器保護(hù)；功率單元串聯(lián)輸出后星接(Y接)，前右邊三個(gè)單元短接成星點(diǎn)，后左 邊三個(gè)功率單元輸出接電機(jī)和輸出電壓檢測(cè)的分壓電阻。A、 C相在短接的中性點(diǎn)有霍爾元件，檢測(cè)輸出電流。功率單元安裝在柜內(nèi)的導(dǎo)軌上，用螺釘與導(dǎo)軌 固定。柜內(nèi)的所有功率單元具有完全相同的電氣和機(jī)械參數(shù)，可以互換。功率 單元內(nèi)有獨(dú)立的控制板、驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板工作電源取自主回路中的交流環(huán)節(jié)， 經(jīng)過(guò)隔離變壓器采用開關(guān)電源，最高工作電壓AC 600V。驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)IGBT,控 制板通過(guò)光纖與系統(tǒng)中的光纖板通訊。光纖是功率單元與主控系統(tǒng)的唯一連接， 因而實(shí)現(xiàn)了功率單元與主控系統(tǒng)的完全電氣隔離?？刂乒裎挥诟邏鹤冾l調(diào)速柜的前右面，從上到下依次為控制器(內(nèi)含三塊 光纖板、主控板、信號(hào)板、電源板)和I/O接口板。光纖板通過(guò)光纖與功率單 元傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向功率單元 發(fā)出脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)或工作模式信號(hào)。功率單元通過(guò)光纖接收其觸發(fā)指令 和狀態(tài)信號(hào)，并在故障時(shí)向光纖板發(fā)出故障代碼信號(hào)。信號(hào)板釆集高壓變頻調(diào) 速柜的輸出電壓、電流信號(hào)和光電編碼盤信號(hào)，并將模擬信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波 和量程轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)用于高壓變頻調(diào)速柜的控制、保護(hù)，以及提供給主 控板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。主控板采用高速單片機(jī)，完成對(duì)電機(jī)控制的所有功能，運(yùn) 用正弦波空間矢量方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過(guò)RS232通訊口與人機(jī)操作界面板進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，提供高壓變頻調(diào)速柜的狀態(tài)參數(shù)，并接受來(lái)自人 機(jī)操作界面的參數(shù)設(shè)置。1/0接口板用于高壓變頻調(diào)速柜內(nèi)部開關(guān)信號(hào)以及現(xiàn)場(chǎng) 搡作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的邏輯處理，增強(qiáng)了高壓變頻調(diào)速柜現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的靈活性。 I/O接口板有處理兩路模擬量輸入和兩路模擬量輸出的能力，模擬量輸入用于處 理來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的流量、壓力等模擬信號(hào)或模擬設(shè)置時(shí)的設(shè)置信號(hào)；模擬輸出量是 運(yùn)行頻率和輸出電流。人機(jī)操作界面安裝在控制柜體右門上，人機(jī)界面下方是"系統(tǒng)復(fù)位"按鈕及"高壓分?jǐn)?自鎖按鈕。人機(jī)操作界面為用戶提供友好的 全中文操作界面，負(fù)責(zé)信息處理和與外部的通訊聯(lián)系，可以選擇上位監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速柜的網(wǎng)絡(luò)化控制。通過(guò)RS232通訊口與主控板連接，通過(guò)RS485 通訊口與1/0接口板連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓變頻調(diào)速柜的狀態(tài)。由圖4可知，各功率單元均由相同的PWM整流逆變輸出環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)和 單元輸出環(huán)節(jié)三部分組成。正常工作過(guò)程中，通過(guò)比較各功率單元直流母線電 壓與設(shè)定閬值的關(guān)系，控制功率單元的電流流向從而實(shí)現(xiàn)變頻器四象限運(yùn)行。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，母線電壓低于設(shè)定閥值，前端的PWM整流逆變輸出 環(huán)節(jié)處于整流工作狀態(tài)，電能從電網(wǎng)由功率單元整流、濾波、逆變后以設(shè)定的 頻率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。反之當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電能由功 率單元輸出側(cè)IGBT的續(xù)流二極管加到直流母線，致使母線電壓泵升，當(dāng)檢測(cè)到 母線電壓高于設(shè)定閥值，則前端的P窗整流逆變輸出環(huán)節(jié)處于逆變工作狀態(tài)， 將泵升的母線電能回饋電網(wǎng)。隨著母線上能量的回饋，母線電壓也隨之降低， 使功率單元前端的P額整流逆變輸出環(huán)節(jié)進(jìn)入整流狀態(tài)。為確保高質(zhì)量的能量 回饋，功率單元需要增設(shè)進(jìn)線濾波電抗器。
權(quán)利要求1、一種交流提升機(jī)高壓變頻電控裝置，包括主控臺(tái)和高壓變頻調(diào)速柜，其特征是主控臺(tái)采用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入信號(hào)接到可編程控制器的輸入端口，輸出端口接到外部控制回路上，實(shí)現(xiàn)礦井提升工藝的全部控制要求和安全保護(hù)功能；高壓變頻調(diào)速柜由變壓器柜、功率單元柜和控制柜三部分構(gòu)成，主回路采用變壓器移項(xiàng)、電壓源型功率單元串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的交流提升機(jī)高壓變頻電控裝置，其特征是各功率 單元均由相同的P麗整流逆變輸出環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)和單元輸出環(huán)節(jié)三部分組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的交流提升機(jī)高壓變頻電控裝置，其特征是在主控 臺(tái)的進(jìn)線端、內(nèi)部電源端、信號(hào)端分別設(shè)置有避雷器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種交流提升機(jī)高壓變頻電控裝置，包括主控臺(tái)和高壓變頻調(diào)速柜，其特征是主控臺(tái)采用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入信號(hào)接到可編程控制器的輸入端口，完成輸入信號(hào)的采集，輸出端口接到外部控制回路上，實(shí)現(xiàn)礦井提升工藝的全部控制要求和安全保護(hù)功能；高壓變頻調(diào)速柜由變壓器柜、功率單元柜和控制柜三部分構(gòu)成，主回路采用變壓器移項(xiàng)、電壓源型功率單元串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠完成礦井提升工藝的全部控制要求和安全保護(hù)功能，具有保護(hù)齊全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越、界面友好，功率因數(shù)高、諧波污染低、運(yùn)行效率高、維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P27/04GK201113906SQ20072009143
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者丁淮南, 何富賢, 劉東耀, 宋青東, 張萬(wàn)忠, 輝 趙, 趙廷釗, 趙禧林 申請(qǐng)人:焦作華飛電子電器股份有限公司