变频调速在矿井提升中的应用论文

1 变频调速与转子串电阻调速的比较

1.1 转子调速

现在大多数矿用提升机还在沿用传统的绕线转子异步电动机, 用转子串电阻的方法调速。这种系统属于传统的调速方法。由人为机械特性可知, 转子回路串电阻以后, 机械特性变软, 转速降低, 其调速过程如图1所示。

电动机原来稳定运行于固有特性r20的A点, 转子回路串入电阻后, 机械特性软化变为r20+rpa, 运行点过渡到人为特性r20+rpa的B点。由于M

由以上三式可以看出, 随着转速降低, 转差率增加, 转子铜损增大, 输出功率减小, 效率降低, 因而经济性差。

2 变频调速

供电电源的额定频率称为基频, 变频调速可以从基频往上调, 也可以从基频往下调。

2.1 从基频向上变频调速

当频率升高时, 如升高电源电压显然是不允许的。所以只能维持U1不变。由于频率f1升高, 则磁通Φ会减小, 因此在同一定子电流下转矩也减小。若维持1Ι额定不变, 因为频率升高时, 功率可以维持基本不变, 因此属恒功率调速。变频调速机械性能如图2所示。

2.2 从基频向下变频调速

由电机原理可知, 异步电动机定子电压1U电源频率1f和磁通φ有以下关系

式中1K为定子绕组系数;1N为定子绕组每相匝数。

上式说明, 如果降低电源频率时保持电源电压不变, 则随着f1下降, 磁通Φ会增加, 磁路饱和, 励磁电流增加, 导致铁损急剧增加, 这是决不允许的。如果在f1降低时, U1也相应降低, 可以维持Φ为恒值, 这样既能充分利用电机出力, 又不会因为磁路饱和而引起铁芯发热。采用为常数的控制原则, 从理论上分析属恒转矩调速, 机械性硬度可保持不变。

3 高压变频工作原理

功率单元串联的方法解决了用低压的IFBT实现高压变频的困难。图3所示为功率单元电路图, 每个功率单元在结构上完全一致, 可以互换, 这不但使调试、维修方便, 而且使设备也十分经济, 假如某一功率单元, 该单元输出端能自动旁路而整机可以暂时降额工作, 直到慢慢停止运行。图4所示为电压叠加原理图。

对于额定电压输出为6kV的变频器, 每相由6个低压为580V的IGBT功率单元串联而成, 则叠加后输出相电压最高可达3480V, 线电压为由图4可以看出每个功率单元将承受全部输出电流, 但只供1/6的相电压和1/18的输出功率。

4 矿用提升机变频调速的改造及应用

4.1 现场应用

2010年3月淮北矿业集团海孜煤矿西部混合井绞车电控改造所选用的设备为交—直—交电压型变频调速系统, 如图5所示。

该系统运行过程主要有两个部分。

(1) 绞车电机作为电动机工作的过程, 即正常逆变过程。该过程主要是由整流、滤波和正常逆变三大部分组成。其中正常逆变过程是核心部分, 它改变电动机定子的供电频率、电压。起到调速作用。 (2) 绞车电机作为发电机工作的过程, 即能量回馈过程。该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成。其中该部分整流是由正常逆变部分中IGBT的续流二极管完成。二极管VD1和VD2为隔离二极管, 其主要作用是隔离正常逆变部分和回馈逆变部分。电解电容C2的主要作用是为回馈逆变部分提供一个稳定的电压源, 保证逆变部分运行更可靠。回馈逆变部分是整个回馈过程的核心部分。该部分实现回馈逆变输出电压相位于电网电压相位一致。

为了确保安全可靠, 让变频调速系统于原系统并存, 互为备用, 随时切换。同时为了让操作者不改变操作习惯, 工频和变频系统都用员操作台操作, 变频调速系统于原来调速系统切换搞糟方框图如图6所示。

4.2 运行效果及前景

通过对该矿绞车电控系统的改造, 运行一年来的效果告诉我们, 绞车的稳定性和安全性都大大提高, 节能效果明显。

由于变频器是应用现代电力电子技术、电力拖动技术以及计算机控制技术等科研成果, 并根据市场的需求而研制开发的新一代高效节能型高科技产品。它具有节能、改善运行环境、平滑加速度、延长电机寿命、减少对电网的冲击以及便于自动控制等诸多优点, 因此被国内公认为最有发展前途的调速方式。

摘要：变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的一种电气装置。变频器的问世, 在电气传动领域里发生了一场技术革命, 即用交流调速取代其他调速方式。变频调速技术具有节能、改善电机运行状态、减少电机损伤和对电网的冲击以及便于自动控制等诸多优势, 被国内公认为最有发展前途的调速方式。

关键词：变频器,变频调速