关于大功率交流变频器在煤矿中的应用

关于大功率交流变频器在煤矿中的应用摘要：文章主要介绍了矿用500KW/660V大功率绞车变频调速系统，为降低谐波影响，同时又符合防爆安全要求，采用2组315KW/660V整流装置并联运行，以达到12脉冲的效果。同时简述了采用普通矿用隔爆型交流异步机在变频调速时，其结构配置上要注意的几个问题。1.概述随着计算机和微电子技术的不断发展，煤炭生产自动化和信息化程度也不断提高，高科技产品在煤矿井下得到了广泛的应用。特别是“十一五”计划内，国家重点扶植13个亿吨矿区，500对1000万吨的生产矿井，对大功率矿用变频器及信息交换机、网络有很可观的需求。另外，煤矿井下由于历史欠账及行业条块的原因，其自动化，信息化程度较其他行业低，给从事该行业研究的企业带来生机。据国家情报网站检索，我国的变频器市场目前正处于一个高速增长的时期。2002年我国消耗电力16200亿度，其中有60%¬—70%的电能，约1万亿度被各种类型电动机所消耗。到2002年底，我国的各类电动机的总容量是5亿千瓦，1亿台左右，85%是异步电机、其中只有不到2000万千瓦的电动机是带变频器控制的。而带变动负载，具有技节能潜力的电机在我国至少有1.5亿千瓦。在过去的几年内，我国变频器市场保持着12%—15%的增长率，这个速度已经远远超过了近几年的GDP增长水平，而且预计至少在未来的5年内，行业内还将保持着10%以上的增长率。考虑到大约6%—8%的价格下降因素，我国市场上变频器安装容量（功率）的增长实际应在20%左右。按照这样的发展速度和我国市场的需求计算，至少在10年以后市场才能饱和并逐渐成熟。因此，我国变频器制造企业具有很好的发展空间。特别在国内煤炭行业市场，国家煤矿安全生产监察局发布的2005年版《煤矿安全规程》第373条第9款明确规定：“带式输送机应加设软制动装置”，《中华人民共和国节约能源法》第39条第2款规定要逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行，发展电机调速节电和电力电子节电技术，开发、生产、推广质优、价廉的节能器材，提高电能利用效率；发展和推广其他在节能工作中证明技术成熟、效益显著的通用节能技术。此条规定为全数字式高、低压软起动器和变频器在煤炭行业广泛应用提供了法律法规依据。目前防爆400KW以上的电机需求量日益增多，解决矿用大功率防爆电机的调速问题已迫在眉睫。由于防爆变频器是集自动控制、微电子、通信及防爆技术、散热技术为一体的高新技术产品，其调速性能与节能技术在煤矿井下设备上得到了充分的发挥，所以用户青睐变频器，旨在：①解决高精度的转矩控制；②节能增效；③延长设备寿命；④净化环境，安全生产。本方案仅对煤矿井下大功率绞车采用变频调速的技术作一简单说明。2.设计依据GB191—2000包装储运图示标志GB/T311.7—2003高压输变电设备的绝缘配合使用导则GB/T2423.4—1993电工电子产品环境实验规程试验Db：交变湿热试验方法GB2681—1995电工成套装置中的导线颜色GB2682—1995电工成套装置中的指示灯按钮的颜色GB3836.1—2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求GB3836.2—2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”GB3836.3—2000爆炸性气体环境用电气设备第3部分：增安型“e”GB3836.4—2000爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“i”GB/T3859.2—1993半导体变流器应用导则GB/T12325—2003电能质量供电电压允许偏差GB/T12326—2000电能质量电压波动和闪变GB/T12668.2—2000调速电气传动系统第2部分：一般要求低压交流变频电气传动系统额定植的规定GB12668.3—2003调速电气传动系统第3部分：产品的电磁兼容性标准及其特定的试验方法GB/T13384—1992机电产品包装通用技术条件GB/T14048.1—2000低压开关设备和控制设备总则GB/T14549—1993电能质量公用电网谐波GB/T15543—1995电能质量三项电压允许不平衡度GB/T15945—1995电能质量电力系统频率允许偏差GB17625.1—2003电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每项输入电流≤16A）GB/Z17625.3—2000电磁兼容限值对额度电流大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制3.西门子12脉冲变频器在国投新集刘庄矿提升绞车变频调速系统中的应用。3.1提升机主要技术参数1）卷筒直径2500mm2）卷筒宽度3000mm3）卷筒数量1个4）钢丝绳最大静张力110KN5）钢丝绳最大静张力差110KN6）钢丝绳直径35mm7）绳间隙3mm8）提升速度4m/s9）加速度0.5m/s210）绳绕层数2层11）天轮直径1600mm12）天轮游动距离1350mm3.2电机部分主要技术参数1）功率450KW2）转速1480r/min3）电压AC660V4）运行方式四象限5）防护等级主体IP54,接线盒IP546）工作制连续工作制7）环境温度0～40°8）户内防中腐蚀型4.系统组成矿用大功率提升绞车电控系统由供电、驱动、控制、保护及电机五部分组成。本文重点介绍大功率变频器中整流回馈技术及变频调速系统采用普通矿用防爆电机应注意的几个问题。4.1供电部分由1台三绕组变压器和2台自耦变压器组成。从结构上看，目前煤矿中使用的变频器有交—直—交和交—交变频器二种。不管是哪种变频器，其调速原理都是从电机特性出发的。众所周知，交流电动机转速的表达式为：其中：f——定子供电电源的频率p——电动机的极对数s——电动机的转差率由上式可知，当平滑地改变f时，n也可得到平稳的改变。所以，变频调速技术的关键是如何获得频率可变的大功率供电电源。为获得大功率可变的供电电源，本系统采用一台三绕组整流变压器，其短路阻抗为6%；三绕组整流变压器的二个次级绕组之间有30°电角相移，进线侧形成12脉冲配置。变压器的2个次级绕组分别向变频器二台整流回馈单元供电（详见图1所示）在变频器输入前分别加1台自耦变压器，其作用有二个：一是抑制电流跳变，确保回馈；二是增加一层隔离，以防外来信号干扰本机工作，又不将本机产生的信号干扰其他设备工作。4.2驱动部分驱动部分选用我公司生产的KDBR1-550/660BP矿用隔爆型交流变频软起动控制器，内装西门子690V、500KW变频器。其整流回馈单元由2台西门子690V、315KW的整流回馈单元并联运运行，达到630KW的供电电源。二台整流回馈单元通过适配器和通讯线连接，达到12脉动主从高速通讯控制；二台整流回馈单元之间通过profibus总线通讯交换数据；从整流回馈单元的所有控制均由主整流回馈单元完成，以确保2台整流回馈单元完全同步地向逆变器供电和回馈，其整流额定电流为756A，而500KW逆变器的额定电流为678A。这样做，一个重要的优点是能改善电网质量大幅度地减小谐波对电网的影响；同时能控制无功电流的消耗。由于本方案采用了整流变压器，因此变频器的输入端取消了输入电抗器。上述配置后使变频器的调速性能得到了充分发挥。4.3电动机本方案采用普通笼型交流防爆异步电机，由于变频器是采用电压型正弦波脉宽调制（SPWM）方式，因此当变频器输出不配正弦波滤波器时，电机极易发热，为了避免这一情况的发生，要求电机做到下列几点：1）电机绝缘等级为H级；2）轴承选用瑞士进口的SKF轴承；3）带强制风冷，防护等级：IP54；4）电机每相增加PT100测温电阻；5）转子最好用一次铸成型的转子；6）电机轴上留有安装轴编码器的位置，另建议电机选型时必须有足够的容量，增容对电机降温也有作用。