專利名稱：交流提升機高壓變頻電控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于礦用交流提升機電控技術領域。
技術背景礦井提升機是決定礦山的生產能力的關鍵設備，具有啟、停頻繁，低速重 載和四象限運行等特點。.我國礦井提升多數釆用交流繞線式異步電動機轉子串 電阻調速方案。為獲取更好的調速性能也有釆用直流傳動方案，近年來還出現 了采用低速同步電動機驅動提升機的應用案例。采用交流繞線式異步電動機驅動的礦井提升機， 一般選用單機功率在200kW 一1000kW之間的電動機，在某些大功率場合甚至還會用到雙1000kW電動機來驅 動。這些大功率電動機一般選用3kV, 6kV或10kV等級的高壓交流異步電動機， 其中又以6kV為主。交流繞線式異步電動機的轉子串電阻調速方案雖然存在調 速不連續，機械、電氣沖擊大、設備復雜、能耗高、運行不經濟、設備故障率 高、維護工作量大等缺陷。但由于設備具有造價低、 一次性投入少的顯著優勢 而成為提升機調速的主流方案。直流調速方案雖能獲得較好的調速特性，但直 流電動機及其電氣控制系統很復雜，而且存在設備功率因數低，諧波污染嚴重 的問題。低速同步機調速方案應該是提升機的理想方案，但關鍵技術只有個別 大型跨國公司掌握，因此設備造價太高，影響了該方案的推廣和應用。如何使高壓交流異步電動機用簡潔、可靠的方案、實現連續調速，始終是 困繞礦井提升機發展的主要問題。隨著計算機技術和變頻技術的飛速發展，采 用直接高壓變頻技術和以工業計算機為核心的自動控制技術解決礦井提升機的控制與傳動成為必然趨勢，而提升機高壓變頻電控裝置就是這些先進技術完美 結合的代表產品。實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能夠實現連續調速，具有能量回饋，而且保 護齊全、結構簡潔、維護方便的交流提升機高壓變頻電控裝置。為了實現上述的目的，本實用新型包括主控臺和高壓變頻調速拒，主控 臺釆用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入信號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，從而實現礦井提升工藝的全 部控制要求和安全保護功能；高壓變頻調速柜由變壓器柜、功率單元柜和控制 柜三部分構成，主回路采用變壓器移項、電壓源型功率單元串聯拓撲結構。變壓器柜將高壓變為低壓，分別為功率單元柜內的功率單元供電，各功率 單元均由相同的P麵整流逆變輸出環節、直流環節和單元輸出環節三部分組成。為提高系統的可靠性，使系統能獲得更高的安全等級，在主控臺的進線端、 內部電源端、信號端分別設置有避雷器。本實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 保護功能，實現礦井提升機的連續調速，具有能量回饋功能，而且具有保護齊 全，結構簡單，性能優越、界面友好，功率因數高、諧波污染低、運行效率高、 維護簡單的優點。
圖1為主控臺外觀結構示意圖。 圖2為高壓變頻調速柜外觀結構圖。 圖3為高壓變頻調速柜原理框圖。 圖4為功率單元主回路拓撲結構圖。
具體實施方式
由圖1可知，主控臺由外殼l、操作顯示板面IO、內部器件構成，主控臺 的搡作顯示板10上設置有電壓表4、 一組指示燈5、電流表7、液晶顯示屏8， 一組指示燈5用于指示運行、信號已發、停車信號、空車運行、超載運行、調 繩到位、安全條件具備等情況。主控臺外殼l上還固定有主令控制器3、機械閘 控制器9、提襻6、以及腳踏2。提襻6可以方便搬運。主控臺釆用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入控制信號接到兩套 可編程控制器的輸入端，經可編程控制器邏輯運算后，其輸出端接到外部控制 回路，實現了礦井提升工藝過程要求和安全保護功能的全部要求，并且采用兩 套可編程控制器后，形成了監控回路雙線控制，確保了整機的安全性，滿足了 煤礦安全規程的要求。主控臺采用具有正弦波特性不間斷電源為控制回路供電， 保證了電控系統發生突然停電后仍具備直流二級制動功能，提高了系統的電磁 兼容性指標。為提高系統的可靠性，使系統能獲得更高的安全等級，在主控臺 的進線端、內部電源端、信號端分別設置有避雷器。裝置間以及裝置與外圍設 備間可以通過計算機通訊，也可以通過點對點的物理傳輸線完成信號傳輸。由圖2、圖3可知，高壓變頻調速柜由變壓器拒ll、功率單元柜14和控制 柜16三部分構成。變壓器拒ll、功率單元柜14頂部分別安裝有風機13,用于 空氣循環，降低柜內器件工作環境溫度。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熱保護。控制柜16上設置有人機操作界面15，方便人員進行操作。變壓器柜ll內裝有為功率單元提供三相電源的移相變壓 器。變壓器拒將高壓變為低壓，分別為功率單元柜內的功率單元供電，變壓器 原邊為星型接法，直接與高壓相接。副邊繞組數量依變頻器電壓等級及結構而 定，3kV系列為9個，6kV系列為18, 10kV系列為27個，采用延邊三角形接法，為每個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，達到 移相多重化整流的目的，從而消除了大部分由單個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。功率單元柜內安裝的功率單元分成三組，每組排列成一排，每組串聯成一相，每相串聯的功率單元數量因電壓等級的不同而不同，例如6kV電壓等級為每相6個功率單元。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；功率單元串聯輸出后星接(Y接)，前右邊三個單元短接成星點，后左 邊三個功率單元輸出接電機和輸出電壓檢測的分壓電阻。A、 C相在短接的中性點有霍爾元件，檢測輸出電流。功率單元安裝在柜內的導軌上，用螺釘與導軌 固定。柜內的所有功率單元具有完全相同的電氣和機械參數，可以互換。功率 單元內有獨立的控制板、驅動板，驅動板工作電源取自主回路中的交流環節， 經過隔離變壓器采用開關電源，最高工作電壓AC 600V。驅動板驅動IGBT,控 制板通過光纖與系統中的光纖板通訊。光纖是功率單元與主控系統的唯一連接， 因而實現了功率單元與主控系統的完全電氣隔離。控制柜位于高壓變頻調速柜的前右面，從上到下依次為控制器(內含三塊 光纖板、主控板、信號板、電源板)和I/O接口板。光纖板通過光纖與功率單 元傳遞數據信號，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 發出脈寬調制(PWM)信號或工作模式信號。功率單元通過光纖接收其觸發指令 和狀態信號，并在故障時向光纖板發出故障代碼信號。信號板釆集高壓變頻調 速柜的輸出電壓、電流信號和光電編碼盤信號，并將模擬信號進行隔離、濾波 和量程轉換。轉換后的信號用于高壓變頻調速柜的控制、保護，以及提供給主 控板實現數據采集。主控板采用高速單片機，完成對電機控制的所有功能，運 用正弦波空間矢量方式產生脈寬調制的三相電壓指令。通過RS232通訊口與人機操作界面板進行交換數據，提供高壓變頻調速柜的狀態參數，并接受來自人 機操作界面的參數設置。1/0接口板用于高壓變頻調速柜內部開關信號以及現場 搡作信號和狀態信號的邏輯處理，增強了高壓變頻調速柜現場應用的靈活性。 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 理來自現場的流量、壓力等模擬信號或模擬設置時的設置信號；模擬輸出量是 運行頻率和輸出電流。人機操作界面安裝在控制柜體右門上，人機界面下方是"系統復位"按鈕及"高壓分斷"自鎖按鈕。人機操作界面為用戶提供友好的 全中文操作界面，負責信息處理和與外部的通訊聯系，可以選擇上位監控而實現高壓變頻調速柜的網絡化控制。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485 通訊口與1/0接口板連接，實時監控高壓變頻調速柜的狀態。由圖4可知，各功率單元均由相同的PWM整流逆變輸出環節、直流環節和 單元輸出環節三部分組成。正常工作過程中，通過比較各功率單元直流母線電 壓與設定閬值的關系，控制功率單元的電流流向從而實現變頻器四象限運行。 當電動機處于電動狀態時，母線電壓低于設定閥值，前端的PWM整流逆變輸出 環節處于整流工作狀態，電能從電網由功率單元整流、濾波、逆變后以設定的 頻率驅動電動機運轉。反之當電動機處于發電狀態時，電動機發出的電能由功 率單元輸出側IGBT的續流二極管加到直流母線，致使母線電壓泵升，當檢測到 母線電壓高于設定閥值，則前端的P窗整流逆變輸出環節處于逆變工作狀態， 將泵升的母線電能回饋電網。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額整流逆變輸出環節進入整流狀態。為確保高質量的能量 回饋，功率單元需要增設進線濾波電抗器。
權利要求1、一種交流提升機高壓變頻電控裝置，包括主控臺和高壓變頻調速柜，其特征是主控臺采用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入信號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，實現礦井提升工藝的全部控制要求和安全保護功能；高壓變頻調速柜由變壓器柜、功率單元柜和控制柜三部分構成，主回路采用變壓器移項、電壓源型功率單元串聯拓撲結構。
2、 根據權利要求i所述的交流提升機高壓變頻電控裝置，其特征是各功率 單元均由相同的P麗整流逆變輸出環節、直流環節和單元輸出環節三部分組成。
3、 根據權利要求l所述的交流提升機高壓變頻電控裝置，其特征是在主控 臺的進線端、內部電源端、信號端分別設置有避雷器。
專利摘要本實用新型公開了一種交流提升機高壓變頻電控裝置，包括主控臺和高壓變頻調速柜，其特征是主控臺采用兩套可編程控制器作為控制核心，各種輸入信號接到可編程控制器的輸入端口，完成輸入信號的采集，輸出端口接到外部控制回路上，實現礦井提升工藝的全部控制要求和安全保護功能；高壓變頻調速柜由變壓器柜、功率單元柜和控制柜三部分構成，主回路采用變壓器移項、電壓源型功率單元串聯拓撲結構，能夠完成礦井提升工藝的全部控制要求和安全保護功能，具有保護齊全，結構簡單，性能優越、界面友好，功率因數高、諧波污染低、運行效率高、維護簡單的優點。
文檔編號H02P27/04GK201113906SQ20072009143
公開日2008年9月10日 申請日期2007年8月10日 優先權日2007年8月10日
發明者丁淮南, 何富賢, 劉東耀, 宋青東, 張萬忠, 輝 趙, 趙廷釗, 趙禧林 申請人:焦作華飛電子電器股份有限公司