浅谈高压提升机变频器在煤矿副井上的使用

1导言

山西兰花煤炭实业集团有限公司唐安煤矿，是兰花公司属下一个远景宽广的现代化矿井。该分公司前身唐安煤矿，始建于建国初期，组成兰花集团前，属高平市市营煤矿。现占地面积55万平方米，井田面积29.95平方公里，属沁水煤田内地，地质储量3.39亿吨，工业储量2.23亿吨，可采储量1.37亿吨。年生产能力150万吨。

矿井提高机是煤矿的关键设备，它肩负着井上井下的物体运送的重担。是一种大型提高机械设备。由电机带动机械设备，以带动钢丝绳然后带动容器在井筒中升降，完结运送使命。矿井提高机是由原始的提水东西逐渐开展演化而来。现代的矿井提高机提高量大，速度高，安全性高，已开展成为电子计算机操控的全自动重型矿山机械。矿井提高有主井提高和副井提高之分，主引提高的作用是沿井筒提高有利矿藏（如煤炭等），矿井提高机首要由电动机、减速器、卷筒（或冲突轮）、制动体系、深度指示体系、测速限速体系和操作体系等组成，选用沟通或直流电机驱动。按提高钢丝绳的作业原理分环绕式矿井提高机和冲突式矿井提高机。副井提高的首要作用是沿井筒提高矸石、下放资料、升降人员或设备等。矿井提高机在整个煤矿生产中占有重要的位置。

矿并提高机作为矿山最大的电气设备之一，其耗电量占矿山总耗电量的30%—40%，而且运转特性杂乱，速度快，惯性大，一旦提高机失掉操控，不能依照给定速度运转，就可能发且超速、过卷等严重安全事故，形成设备损坏乃至人员伤亡，给矿山带来严重人事和财产损失。

原副井提高机体系选用沟通电动机转子回路串电阻调速，因为该体系调速精度低，可靠性差，维护费用大，兰花集团唐安煤矿领导经过调查国内用户现场运用提高机变频器的景象后，决议选用新风景JD-BP37-280T型（280KW/6KV）高压提高机变频器，对副井提高机体系进行体系改造。沟通电动机，是将电能转变为机械能的一种机器。沟通电动机首要由一个用以发生磁场的电磁铁绕组或散布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机运用通电线圈在磁场中受力滚动的现象而制成的。沟通电动机由定子和转子组成，而且定子和转子是选用同一电源，所以定子和转子中电流的方向改动总是同步的，即线圈中的电流方向变了，一起电磁铁中的电流方向也变，依据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能持续转下去。沟通发动机便是运用这个原理而作业的。

2原矿井提高机体系概述

2.1体系参数

2.1.1矿用提高机



2.1.2减速器



2.1.3三相异步电动机



2.2沟通电动机转子回路串电阻调速体系

在加快过程中，沟通接触器KM1、KM2、KM3、KM4逐级吸合，转子回路电阻顺次减小，以确保加快力矩的平均值不变。假如要求电动机低速运转，则需在转子回路串较大电阻。为了处理减速段的负力要求，一般选用动力制动计划，行将定子侧的高压电源切除，施加直流电压，或在定子绕组上施加低频电源，让电动机作业在发电伏态。沟通接触器是广泛用作电力的开断和操控电路。它运用主接点来开闭电路，用辅佐接点来履行操控指令。主接点一般只要常开接点，而辅佐接点常有两对具有常开和常闭功用的接点，小型的接触器也常常作为中心继电器合作主电路运用。沟通接触器的接点，由银钨合金制成，具有杰出的导电性和耐高温烧蚀性。当线圈通电时，静铁芯发生电磁吸力，将动铁芯吸合，因为触头体系是与动铁芯联动的，因而动铁芯带动三条动触片一起运转，触点闭合，然后接通电源。当线圈断电时，吸力消失，动铁芯联动部分依托绷簧的反作用力而别离，使主触头断开，堵截电源。

这种拖动计划存在的问题是：

（1）开环有级调速，加快度难以精确操控，调速精度差；

（2）触点操控，很多运用大容量开关，体系维护作业量大，可靠性差；

（3）运转功率低，在低速时大部分功率都耗费在电阻上；

（4）电机的机械特性偏软，一般电阻上耗费的功率约为电动机输出功率的20%—30%；

（5）接触器常常吸合与断开，噪音比较大。尽管这种调速计划操控方法简略、初期设备出资较低，但技能功能和运转功率低，许多中小矿井的提高机仍选用该种调速计划。


图1 转子回路串电阻调速体系

3高压提高机变频器体系原理

3.1体系结构

JD-BP37系列高压变频调速体系的结构由移相变压器、功率单元和操控器组成。6KV系列有18个功率单元，每6个功率单元串联构成一相。

3.2功率单元电路


图2 功率单元电路

每个功率单元结构上完全一致，能够交换，其主电路结构有图2所示，为根本的交-直-交双向逆变电路。图中经过整流桥进行三相全桥方法整流，整流后的给滤波电容充电，确认母线电压，经过对逆变块B中的IGBT逆变桥进行正弦PWM操控完结单相逆变。当电机进入发电状况后，逆变块B中的二极管完结续流外，又起全波整流，使能量能够转移到滤波%&&&&&%中，成果母线电压升高，到达必定程度后，发动逆变块A，进行SPWM逆变，经过输入电感，返回到移相变压器的次极，经过变压器将能量回馈到电网。SPWM（Sinusoidal PWM）法是一种比较老练的，现在运用较广泛的PWM法。前面说到的采样操控理论中的一个重要定论：冲量持平而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其作用根本相同。SPWM法便是以该定论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规则改动而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形操控逆变电路中开关器材的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所期望输出的正弦波在相应区间内的面积持平，经过改动调制波的频率和幅值则可调理逆变电路输出电压的频率和幅值。

3.3输入侧结构

本机中移相变压器的副边绕组分为三组，构成36脉冲整流方法；这种多级移相叠加的整流方法能够大大改进网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数挨近1，输入电流谐波成分低。实测在90%-105%额外输入电压额外电流下，输入电流总相对谐波含量小于4%.

别的，因为变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，相似惯例低压变频器，便于选用现有的老练技能。

3.4输出侧结构

输出侧由每个单元的U、V输出端子彼此串接而成星型接法给电机供电，经过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图3所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可削减对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就能够使输出电缆长度很长，电机不需要降额运用，可直接用于旧设备的改造；一起，电机的谐波损耗大大削减，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。


图3 变频器输出的线电压阶梯PWM波形

3.5操控器

操控器是依照预订次序改动主电路或操控电路的接线和改动电路中电阻值来操控电动机的发动、调速、制动和反向的主令设备。操控器是整个CPU的指挥操控中心，由指令寄存器IR（InstructionRegister）、程序计数器PC（ProgramCounter）和操作操控器0C（OperationController）三个部件组成，对和谐整个电脑有序作业极为重要。