摘要： 文章主要介紹了礦用500KW/660V大功率絞車變頻調速系統(tǒng)，為降低諧波影響，同時又符合防爆安全要求，采用2組315KW/660V整流裝置并聯(lián)運行，以達到12脈沖的效果。同時簡述了采用普通礦用隔爆型交流異步機在變頻調速時，其結構配置上要注意的幾個問題。 關鍵詞：三繞組整流變壓器、整流并聯(lián)、12脈沖、H級絕緣、電機擴容 1.概述 隨著計算機和微電子技術的不斷發(fā)展，煤炭生產自動化和信息化程度也不斷提高，高科技產品在煤礦井下得到了廣泛的應用。特別是“十一五”計劃內，國家重點扶植13個億噸礦區(qū)，500對1000萬噸的生產礦井，對大功率礦用變頻器及信息交換機、網絡有很可觀的需求。另外，煤礦井下由于歷史欠賬及行業(yè)條塊的原因，其自動化，信息化程度較其他行業(yè)低，給從事該行業(yè)研究的企業(yè)帶來生機。 據(jù)國家情報網站檢索，我國的變頻器市場目前正處于一個高速增長的時期。2002年我國消耗電力16200億度，其中有60%¬—70%的電能，約1萬億度被各種類型電動機所消耗。到2002年底，我國的各類電動機的總容量是5億千瓦，1億臺左右，85%是異步電機、其中只有不到2000萬千瓦的電動機是帶變頻器控制的。而帶變動負載，具有技節(jié)能潛力的電機在我國至少有1.5億千瓦。在過去的幾年內，我國變頻器市場保持著12%—15%的增長率，這個速度已經遠遠超過了近幾年的GDP增長水平，而且預計至少在未來的5年內，行業(yè)內還將保持著10%以上的增長率?？紤]到大約6%—8%的價格下降因素，我國市場上變頻器安裝容量（功率）的增長實際應在20%左右。按照這樣的發(fā)展速度和我國市場的需求計算，至少在10年以后市場才能飽和并逐漸成熟。因此，我國變頻器制造企業(yè)具有很好的發(fā)展空間。特別在國內煤炭行業(yè)市場，國家煤礦安全生產監(jiān)察局發(fā)布的2005年版《煤礦安全規(guī)程》第373條第9款明確規(guī)定：“帶式輸送機應加設軟制動裝置”，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條第2款規(guī)定要逐步實現(xiàn)電動機、風機、泵類設備和系統(tǒng)的經濟運行，發(fā)展電機調速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術，開發(fā)、生產、推廣質優(yōu)、價廉的節(jié)能器材，提高電能利用效率；發(fā)展和推廣其他在節(jié)能工作中證明技術成熟、效益顯著的通用節(jié)能技術。此條規(guī)定為全數(shù)字式高、低壓軟起動器和變頻器在煤炭行業(yè)廣泛應用提供了法律法規(guī)依據(jù)。 目前防爆400KW以上的電機需求量日益增多，解決礦用大功率防爆電機的調速問題已迫在眉睫。由于防爆變頻器是集自動控制、微電子、通信及防爆技術、散熱技術為一體的高新技術產品，其調速性能與節(jié)能技術在煤礦井下設備上得到了充分的發(fā)揮，所以用戶青睞變頻器，旨在：①解決高精度的轉矩控制；②節(jié)能增效；③延長設備壽命；④凈化環(huán)境，安全生產。 本方案僅對煤礦井下大功率絞車采用變頻調速的技術作一簡單說明。 2.設計依據(jù) GB191—2000包裝儲運圖示標志 GB/T311.7—2003高壓輸變電設備的絕緣配合使用導則 GB/T2423.4—1993 電工電子產品環(huán)境實驗規(guī)程 試驗Db：交變濕熱試驗方法 GB2681—1995電工成套裝置中的導線顏色 GB2682—1995電工成套裝置中的指示燈按鈕的顏色 GB3836.1—2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第1部分：通用要求 GB3836.2—2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第2部分：隔爆型“d” GB3836.3—2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第3部分：增安型“e” GB3836.4—2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第4部分：本質安全型“i” GB/T3859.2—1993 半導體變流器 應用導則 GB/T12325—2003 電能質量 供電電壓允許偏差 GB/T12326—2000 電能質量 電壓波動和閃變 GB/T12668.2—2000 調速電氣傳動系統(tǒng) 第2部分：一般要求 低壓交流變頻電氣傳動系統(tǒng)額定植的規(guī)定 GB12668.3—2003 調速電氣傳動系統(tǒng) 第3部分：產品的電磁兼容性標準及其特定的試驗方法 GB/T13384—1992 機電產品包裝通用技術條件 GB/T14048.1—2000 低壓開關設備和控制設備 總則 GB/T14549—1993 電能質量 公用電網諧波 GB/T15543—1995 電能質量 三項電壓允許不平衡度 GB/T15945—1995 電能質量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差 GB17625.1—2003 電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值（設備每項輸入電流≤16A） GB/Z17625.3—2000 電磁兼容 限值 對額度電流大于16A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產生的電壓波動和閃爍的限制 3.西門子12脈沖變頻器在國投新集劉莊礦提升絞車變頻調速系統(tǒng)中的應用。 3.1提升機主要技術參數(shù) 1）卷筒直徑 2500mm 2）卷筒寬度 3000mm 3）卷筒數(shù)量 1個 4）鋼絲繩最大靜張力 110KN 5）鋼絲繩最大靜張力差 110KN 6）鋼絲繩直徑 35mm 7）繩間隙 3mm 8）提升速度 4m/s 9）加速度 0.5m/s2 10）繩繞層數(shù) 2層 11）天輪直徑 1600mm 12）天輪游動距離 1350mm 3.2電機部分主要技術參數(shù) 1）功率 450KW 2）轉速 1480r/min 3）電壓 AC660V 4）運行方式 四象限 5）防護等級 主體IP54,接線盒IP54 6）工作制 連續(xù)工作制 7）環(huán)境溫度 0～40° 8）戶內防中腐蝕型 4.系統(tǒng)組成 礦用大功率提升絞車電控系統(tǒng)由供電、驅動、控制、保護及電機五部分組成。本文重點介紹大功率變頻器中整流回饋技術及變頻調速系統(tǒng)采用普通礦用防爆電機應注意的幾個問題。 4.1供電部分 由1臺三繞組變壓器和2臺自耦變壓器組成。 從結構上看，目前煤礦中使用的變頻器有交—直—交和交—交變頻器二種。不管是哪種變頻器，其調速原理都是從電機特性出發(fā)的。眾所周知，交流電動機轉速的表達式為： 其中：f ——定子供電電源的頻率 p ——電動機的極對數(shù) s ——電動機的轉差率 由上式可知，當平滑地改變f時，n也可得到平穩(wěn)的改變。所以，變頻調速技術的關鍵是如何獲得頻率可變的大功率供電電源。 為獲得大功率可變的供電電源，本系統(tǒng)采用一臺三繞組整流變壓器，其短路阻抗為6%；三繞組整流變壓器的二個次級繞組之間有30°電角相移，進線側形成12脈沖配置。變壓器的2個次級繞組分別向變頻器二臺整流回饋單元供電（詳見圖1所示） 在變頻器輸入前分別加1臺自耦變壓器，其作用有二個：一是抑制電流跳變，確保回饋；二是增加一層隔離，以防外來信號干擾本機工作，又不將本機產生的信號干擾其他設備工作。 4.2驅動部分 驅動部分選用我公司生產的KDBR1-550/660BP礦用隔爆型交流變頻軟起動控制器，內裝西門子690V、500KW變頻器。 其整流回饋單元由2臺西門子690V、315KW的整流回饋單元并聯(lián)運運行，達到630KW的供電電源。 二臺整流回饋單元通過適配器和通訊線連接，達到12脈動主從高速通訊控制；二臺整流回饋單元之間通過profibus總線通訊交換數(shù)據(jù)；從整流回饋單元的所有控制均由主整流回饋單元完成，以確保2臺整流回饋單元完全同步地向逆變器供電和回饋，其整流額定電流為756A，而500KW逆變器的額定電流為678A。 這樣做，一個重要的優(yōu)點是能改善電網質量大幅度地減小諧波對電網的影響；同時能控制無功電流的消耗。 由于本方案采用了整流變壓器，因此變頻器的輸入端取消了輸入電抗器。 上述配置后使變頻器的調速性能得到了充分發(fā)揮。 4.3電動機 本方案采用普通籠型交流防爆異步電機，由于變頻器是采用電壓型正弦波脈寬調制（SPWM）方式，因此當變頻器輸出不配正弦波濾波器時，電機極易發(fā)熱，為了避免這一情況的發(fā)生，要求電機做到下列幾點： 1）電機絕緣等級為H級； 2）軸承選用瑞士進口的SKF軸承； 3）帶強制風冷，防護等級：IP54； 4）電機每相增加PT100測溫電阻； 5）轉子最好用一次鑄成型的轉子； 6）電機軸上留有安裝軸編碼器的位置，另建議電機選型時必須有足夠的容量，增容對電機降溫也有作用。