專利名稱：帶電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于礦井提升機(jī)高壓變頻技術(shù)，主要提出一種帶電壓自適應(yīng)功率單元 的礦井提升機(jī)高壓變頻器。
背景技術(shù)：
目前，公知的能量回饋高壓變頻器功率單元沒(méi)有電壓自適應(yīng)功能，主要存在以下 缺點(diǎn)1)提升機(jī)在下放重物或減速的過(guò)程中，電網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng)，高壓變頻器的功率單元容 易損壞，導(dǎo)致高壓變頻器損壞，影響高壓變頻器整機(jī)的可靠性；2)為了防止功率單元的損 壞，通常的做法是在功率單元的進(jìn)線側(cè)增加一組電抗器，增加了高壓變頻器的體積和成本， 而且效果也不理想；3)高壓變頻器輸出電壓隨輸入的網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng)而波動(dòng)，調(diào)速性能差， 輸出力矩不穩(wěn)定。隨著高壓變頻器的技術(shù)逐漸成熟，高壓變頻器在礦井提升機(jī)上的應(yīng)用越 來(lái)越廣泛，由于礦井提升機(jī)是整個(gè)礦山的咽喉設(shè)備，提升設(shè)備的安全可靠性直接影響到整 個(gè)礦山的安全生產(chǎn)和生產(chǎn)效率，特別是副井提升涉及到上下人員，在提升的過(guò)程中，如果高 壓變頻器損壞，將會(huì)把正在乘罐的人員懸在井筒中，這些人員的生命安全將受到威脅。因 此，要不斷地提高提升機(jī)高壓變頻器的技術(shù)性能和安全可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一種帶電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器， 使其在應(yīng)用于提升機(jī)時(shí)具有更加安全可靠、調(diào)速性能優(yōu)越的特點(diǎn)。本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案完成其發(fā)明目的，主要包括并且順序連接的為高 壓變頻器提供高壓動(dòng)力電源并對(duì)電源網(wǎng)側(cè)進(jìn)行濾波的電源輸入部分；將三相高壓電變?yōu)槿?組相鄰繞組間具有一定相位差的低壓電移相整流變壓器部分；由三組相同的功率單元輸出 側(cè)依次串聯(lián)而成功率單元組部分；完成各種數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，通過(guò)光纖通訊模塊對(duì)各功率 單元進(jìn)行控制并相互通訊交換信息的控制器部分；完成與控制系統(tǒng)的信號(hào)交換和人機(jī)接口 界面信號(hào)交換的接口部分；其特征是在所述電源輸入部分的進(jìn)線側(cè)并接有由Rl、C1構(gòu)成 的高壓阻容過(guò)電壓吸收裝置，對(duì)高壓變頻器在回饋狀態(tài)所產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行吸收并提高 功率因數(shù)，所述高壓阻容過(guò)電壓吸收裝置的一端并接在高壓進(jìn)線端，另一端接到接地端。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型提出的一種基于電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī) 高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，提升機(jī)在負(fù)力減速或下放重物的過(guò)程中，能夠可靠地將位能轉(zhuǎn) 化成電能回饋到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，符合國(guó)家節(jié)能減排的政策。對(duì)于目前國(guó)內(nèi)有數(shù)千 臺(tái)的轉(zhuǎn)子外接金屬電阻進(jìn)行調(diào)速的交流提升機(jī)而言，在主機(jī)、電動(dòng)機(jī)不需改變的情況下，只 要把繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組短接，采用本實(shí)用新型所提出的一種基于電壓自適應(yīng)的礦井 提升機(jī)高壓變頻器，就可以進(jìn)行技術(shù)改造和技術(shù)升級(jí)，達(dá)到節(jié)能、提高運(yùn)行性能和安全可靠 性的目的，具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖。圖2為本實(shí)用新型所采用的帶電壓自適應(yīng)的提升機(jī)高壓變頻功率單元的電路原 理圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例加以說(shuō)明在圖1中虛框中，本實(shí)用新型一種基于電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變 頻器，主要由電源輸入部分(1)、移相整流變壓器部分(2)、功率單元組部分(3)、控制器部 分(4)、接口部分(5)組成；電源輸入部分包括真空接觸器JC、高壓限流電阻R0、高壓阻容 過(guò)電壓吸收裝置R1C1，高壓真空接觸器JC主觸點(diǎn)并接于限流電阻R0兩端，高壓阻容過(guò)電壓 吸收裝置R1C1的一端并接在高壓進(jìn)線端，另一端接到接地端；高壓變頻器剛送電的一段時(shí) 間內(nèi)，高壓變頻器處于對(duì)各功率單元中電解電容充電的狀態(tài)，高壓真空接觸器JC處于開(kāi)路 狀態(tài)，高壓電通過(guò)高壓限流電阻R0對(duì)充電電流進(jìn)行限制，當(dāng)充電完成，通過(guò)高壓真空接觸 器JC將高壓限流電阻R0短接，高壓阻容過(guò)電壓吸收裝置R1C1對(duì)高壓變頻器在回饋狀態(tài)所 產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行有效的吸收，提高功率因數(shù)。移相整流變壓器部分為三相變壓器由原邊繞組和副邊繞組組成，原邊繞組接成 “Y”，三相繞組與真空接觸器JC主觸點(diǎn)相連，接受來(lái)自電網(wǎng)的高壓電(6KV或10KV)，副邊 為多繞組(6KV =3X6組，10KV =3X9組)，通過(guò)延邊三角形的制作工藝及接法，同一相互相串 聯(lián)功率單元供電的相鄰繞組間相錯(cuò)一定的電角度(6KV:10° ,10KV:6. 67° )，移相整流變 壓器的原邊為6KV或10KV的高壓，而其副邊各個(gè)繞組輸出為580V的低壓，繞組Wai、Wbi、 Wei為相同的電角度，相鄰繞組如Wa2與Wal之間相錯(cuò)一定的電角度(6KV:10° , 10KV 6.67° )，以此類推；繞組Wai連到相應(yīng)功率單元Ai的三相輸入端子R、S、T，繞組Wbi連到 相應(yīng)的功率單元Bi的三相輸入端子R、S、T，繞組Wei連到相應(yīng)的功率單元Ci的三相輸入 端子 R、S、T，上述中 i = 1、2...6(6KV)或 9(10KV)。功率單元組部分由三相功率單元組組成，同時(shí)，每相由多個(gè)功率單元的輸出側(cè)相 互串聯(lián)而成，對(duì)于6KV的高壓變頻器，每相串聯(lián)的功率單元數(shù)為六個(gè)，對(duì)于10KV的高壓變頻 器，每相串聯(lián)的功率單元數(shù)為九個(gè)，功率單元的進(jìn)線電壓取自移相整流變壓器副邊繞組；功 率單元Al、A2. . . A6或A9的輸出端子U、V相互串聯(lián)后形成高壓變頻器的A相輸出，功率單 元Bl、B2. . . B6或B9的輸出端子U、V相互串聯(lián)后形成高壓變頻器的B相輸出，功率單元C1、 C2. . . C6或C9的輸出端子U、V相互串聯(lián)后形成高壓變頻器的C相輸出，三相功率單元組一 端按“Y”接法，形成中性點(diǎn)Q0，另一端直接與提升電動(dòng)機(jī)M的定子繞組相連，如果是繞線式 電動(dòng)機(jī)，要把轉(zhuǎn)子繞組短接。三相功率單元組輸出頻率從0HZ逐漸增加到50HZ，提升電動(dòng)機(jī) M驅(qū)動(dòng)的提升機(jī)就從零速加速到額定速度即加速階段，三相功率單元組輸出頻率為50HZ， 提升機(jī)就以額定速度運(yùn)行即等速階段，三相功率單元組輸出頻率從50HZ逐漸減少，提升機(jī) 就從額定速度進(jìn)入減速階段，三相功率單元組輸出頻率穩(wěn)定于3 5HZ運(yùn)行，提升機(jī)就進(jìn)入 爬行階段?？刂破鞑糠钟蒩bc三相光纖通訊模塊AOa、AOb、AOc、主控制器模塊A00、電源模塊 A01、通訊模塊A02以及電流檢測(cè)及轉(zhuǎn)換模塊10、電壓檢測(cè)及轉(zhuǎn)換模塊U0組成，高壓變頻器的控制器AO中主控制器模塊A00是核心部件，完成各種數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，通過(guò)A0a、A0b、A0c 光纖通訊模塊分別對(duì)abc三相功率單元Ai、Bi、Ci進(jìn)行控制并相互通訊交換信息，電源模塊 A01為控制器AO中所有的模塊提供直流工作電源，控制器通過(guò)通訊模塊A02與I/O接口模 塊、人機(jī)接口界面(液晶觸摸屏)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，電流檢測(cè)及轉(zhuǎn)換模塊10對(duì)高壓變 頻器輸出的三相交流電流進(jìn)行檢測(cè)并變換成標(biāo)準(zhǔn)電平進(jìn)入控制器，電壓檢測(cè)及轉(zhuǎn)換模塊U0 對(duì)高壓變頻器輸出的三相交流電壓進(jìn)行檢測(cè)并變換成標(biāo)準(zhǔn)電平進(jìn)入控制器；AOa、AOb、AOc 光纖通訊模塊分別通過(guò)光纖與功率單元組A1-6 (9)、B1-6 (9)、C1-6 (9)進(jìn)行連接，通訊模塊 分別通過(guò)通訊電纜與I/O接口模塊、人機(jī)界面(液晶觸摸屏)進(jìn)行連接。接口部分由與控制系統(tǒng)K進(jìn)行信號(hào)交換的I/O接口模塊和人機(jī)接口界面(液晶觸摸 屏)組成，I/O接口包含開(kāi)關(guān)量、模擬量的輸入輸出，通過(guò)I/O接口，提升機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)Ω?壓變頻器進(jìn)行啟停、運(yùn)行方向、設(shè)定頻率等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)，將變頻器的運(yùn)行狀態(tài)、故障信 息、實(shí)際運(yùn)行頻率和電流等傳送到控制系統(tǒng)中，作為控制系統(tǒng)邏輯控制的條件；人機(jī)界面(液 晶觸摸屏)0P是編程和顯示的窗口，通過(guò)人機(jī)界面(液晶觸摸屏)0P可以對(duì)高壓變頻器的應(yīng) 用參數(shù)進(jìn)行在線修改或編程，也可以對(duì)一些重要的參數(shù)、參量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控。請(qǐng)參照?qǐng)D1所示并請(qǐng)參見(jiàn)圖2，本實(shí)用新型所提出一種基于電壓自適應(yīng)功率單元 的礦井提升機(jī)高壓變頻器的工作過(guò)程是當(dāng)電源輸入部分得到6KV或10KV高壓電后，這時(shí) 真空接觸器JC主觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)，高壓電經(jīng)限流電阻，三相交流電施加于移相整流變壓 器的原邊繞組，移相整流變壓器的副邊各個(gè)繞組輸出三相低壓交流電并接到各功率單元的 交流輸入端，經(jīng)功率單元內(nèi)部整流并對(duì)功率單元電解電容組充電，由于限流電阻的作用，充 電電流受到限制，當(dāng)功率單元中直流母排兩端的直流電壓上升到額定的60%，這時(shí)，整個(gè)功 率單元處于待工作狀態(tài)，高壓變頻器的控制器執(zhí)行變頻器充電結(jié)束的指令，真空接觸器閉 合從而短接高壓變頻器中供電回路的充電限流電阻，各功率單元得到額定的三相交流電， 整個(gè)高壓變頻器處于待工作狀態(tài)。1/0接口模塊得到提升機(jī)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行方向及 設(shè)定頻率信號(hào)后，高壓變頻器的主控制器模塊綜合高壓變頻器各部分的信息后發(fā)出運(yùn)行及 加速指令，通過(guò)光纖通訊模塊，對(duì)各功率單元進(jìn)行調(diào)制控制，各功率單元將直流電調(diào)制成頻 率可調(diào)、電壓幅值可調(diào)的交流電，經(jīng)串聯(lián)后，高壓變頻器輸出到交流電動(dòng)機(jī)定子側(cè)為三相交 流電，并且三相之間的交流電相差120° (電角度)，隨著各功率單元輸出的頻率和電壓逐 步升高，高壓變頻器的輸出頻率和電壓隨之升高，由高壓變頻器驅(qū)動(dòng)的提升機(jī)啟動(dòng)后進(jìn)入 加速階段并按設(shè)定的加速度進(jìn)行加速，當(dāng)頻率升到額定頻率、電壓升到額定電壓后，提升機(jī) 處于等速段運(yùn)行階段；在加速階段和等速階段，電流檢測(cè)及轉(zhuǎn)換模塊所檢測(cè)到的交流電流 為正相序，說(shuō)明提升電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，基于電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變 頻器工作在I象限。在減速過(guò)程，高壓變頻器的控制器接收到提升機(jī)控制系統(tǒng)的減速指令， 在主控制器作用下，通過(guò)相應(yīng)的光纖通訊模塊指令功率單元輸出的頻率、電壓逐漸下降，由 于提升機(jī)系統(tǒng)的大慣量的作用，提升電動(dòng)機(jī)處于超同步速即發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，電機(jī)的定子電 壓通過(guò)各功率單元中逆變橋的整流作用，使得功率單元中直流母排兩端的直流電壓逐漸升 高，當(dāng)母排電壓達(dá)到所設(shè)定的門(mén)檻電壓，各功率單元處于回饋電能狀態(tài)，功率單元將各自母 排的直流電壓調(diào)制成相位幅值與移相整流變壓器的相應(yīng)副邊繞組相同的交流電壓經(jīng)移相 整流變壓器的副邊繞組，通過(guò)移相整流變壓器的電流耦合作用，將能量回饋到移相整流變 壓器的原邊繞組即電網(wǎng)中去，在這個(gè)過(guò)程中，電流檢測(cè)及轉(zhuǎn)換模塊所檢測(cè)到的交流電流為為負(fù)相序，說(shuō)明提升電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，高壓變頻器工作在II象限。反向亦然，加速及等 速段，提升電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，高壓變頻器工作在III象限，減速階段，提升電動(dòng)機(jī)處于 發(fā)電狀態(tài)，高壓變頻器工作在IV象限。高壓變頻器工作在II、IV象限即電動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng) 電網(wǎng)電壓波動(dòng)、移相整流變壓器原、副邊繞組電壓也隨之上下波動(dòng)，各功率單元中母排電壓 也隨著波動(dòng)，但是，在功率單元電壓自適應(yīng)功能的作用下，及時(shí)調(diào)整各功率單元中逆變橋的 觸發(fā)角，確保各功率單元的輸出電壓不變，這樣，基于電壓自適應(yīng)功率單元的的高壓變頻器 輸出的電壓幅值就不隨著網(wǎng)側(cè)的電壓波動(dòng)而波動(dòng)，保證提升電動(dòng)機(jī)的速度、力矩在一定的 條件下恒定；在高壓變頻器工作在I、III象限即回饋制動(dòng)的過(guò)程中，盡管電網(wǎng)電壓波動(dòng)，移 相整流變壓器原、副邊繞組電壓也隨著上下波動(dòng)，但是，在功率單元電壓自適應(yīng)功能的作用 下，及時(shí)調(diào)整各功率單元中整流/回饋橋的觸發(fā)角，確保各功率單元回饋到交流側(cè)的三相 交流電壓的相位、幅值與網(wǎng)側(cè)基本保持一致，這樣，高壓變頻器在回饋的過(guò)程中，不因網(wǎng)側(cè) 電壓波動(dòng)造成網(wǎng)側(cè)與功率單元中整流/回饋橋交流側(cè)之間存在較大的瞬時(shí)電壓差，形成隱 性的短路現(xiàn)象而造成功率單元的損壞，確保高壓變頻器的安全可靠運(yùn)行；因此，本高壓變頻 器具有四象限運(yùn)行的功能且具有與電網(wǎng)電壓相適應(yīng)的電壓自適應(yīng)功能，適合于提升機(jī)運(yùn)行 的工況要求。在提升機(jī)重物下放或負(fù)力減速過(guò)程中，提升電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，本高壓變頻 器能夠?qū)⑽荒芑騽?shì)能轉(zhuǎn)化成電能回饋到電網(wǎng)中去，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，并且基于電壓自 適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器的安全可靠性得到較大的提高，也是本實(shí)用新型的 目的。
權(quán)利要求一種帶電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器，主要包括并且順序連接的為高壓變頻器提供高壓動(dòng)力電源并對(duì)電源網(wǎng)側(cè)進(jìn)行濾波的電源輸入部分；將三相高壓電變?yōu)槿M相鄰繞組間具有一定相位差的低壓電移相整流變壓器部分；由三組相同的功率單元輸出側(cè)依次串聯(lián)而成功率單元組部分；完成各種數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，通過(guò)光纖通訊模塊對(duì)各功率單元進(jìn)行控制并相互通訊交換信息的控制器部分；完成與控制系統(tǒng)的信號(hào)交換和人機(jī)接口界面信號(hào)交換的接口部分；其特征是在所述高壓變頻器的進(jìn)線側(cè)并接有由R1、C1構(gòu)成的高壓阻容過(guò)電壓吸收裝置，對(duì)高壓變頻器在回饋狀態(tài)所產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行吸收并提高功率因數(shù)，所述高壓阻容過(guò)電壓吸收裝置的一端并接在高壓進(jìn)線端，另一端接到接地端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器，其特 征是用于6KV供電的高壓變頻器，每相串聯(lián)的功率單元數(shù)為六個(gè)，用于10KV供電的高壓變 頻器，每相串聯(lián)的功率單元數(shù)為九個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器，其特 征是用于10KV供電的礦井提升機(jī)，高壓變頻器中電源輸入部分、移相整流變壓器的原邊 按10KV設(shè)計(jì)，移相整流變壓器的副邊、功率單元按6KV設(shè)計(jì)，并且電動(dòng)機(jī)也采用6KV電壓等 級(jí)，高壓變頻器每相串聯(lián)的功率單元數(shù)目為六個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器，其 特征是高壓變頻器的主控器與各功率單元間的通訊為光纖通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器，其 特征是人機(jī)界面為液晶觸摸屏。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種帶電壓自適應(yīng)功率單元的礦井提升機(jī)高壓變頻器，包括順序連接的電源輸入部分、移相整流變壓器部分、功率單元組部分、控制器部分和接口部分。在高壓變頻器的進(jìn)線側(cè)并接有由R1、C1構(gòu)成的高壓阻容過(guò)電壓吸收裝置，對(duì)高壓變頻器在回饋狀態(tài)所產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行吸收并提高功率因數(shù)。本實(shí)用新型具有四象限運(yùn)行功能，并具有礦井提升機(jī)專用的特質(zhì)。電動(dòng)狀態(tài)下，高壓變頻器輸出功率，高壓變頻器的輸出電壓不因網(wǎng)側(cè)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，確保輸出的電壓和力矩保持平衡；回饋制動(dòng)狀態(tài)下，回饋回去的電壓隨網(wǎng)側(cè)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，避免在回饋過(guò)程中因網(wǎng)側(cè)的電壓大的波動(dòng)而損壞高壓變頻器，確保高壓變頻器在礦井提升機(jī)上安全可靠的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02J3/38GK201616679SQ20092029827
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者鄭孝平 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)源創(chuàng)電氣有限公司