一种驱动矿井提升机高压绕线异步电动机的低压低频变频器，包括：整流电路（１１），将低压工频交流电整流成直流电；逆变电路（１２），输出低压低频的ＰＷＭ交流电；变频器控制单元（８），对逆变电路等进行控制；本发明专利技术的低压低频变频器的控制系统是内部变结构的，其输出电压是特殊的ＰＷＭ低压直流电压和低压低频的ＰＷＭ交流电，采用间断投切运行模式，仅在矿井提升机高压绕线异步电动机处于减速制动阶段和低速爬行阶段时，与高压绕线异步电动机通过高压开关相连接，直接驱动高压绕线异步电动机。采用本发明专利技术的低压低频变频器所构成的矿井提升机系统，具有直流动力制动和低频爬行驱动力矩均比较大、而成本低廉的优点。
【技术实现步骤摘要】
驱动矿井提升机高压绕线异步电动机的低压低频变频器
本专利技术涉及一种直接驱动矿井提升机的高压绕线异步电动机的低压低频变频器，特别是涉及一种仅在矿井提升机的高压绕线异步电机处于减速制动状态下，投入运行的变频器，该变频器直接驱动矿井提升机的高压绕线异步电机运行在低频爬行的工作状态下。
技术介绍
目前在国内的煤矿中，大多数矿井提升机系统采用高压绕线异步电动机作为主拖动电机。采用高压绕线电机转子串、并联电阻方式对电机的启动和调速过程进行控制，是控制高压绕线电机的减速阶段和低频爬行阶段传统的控制方式。下面结合附图作进一步的说明：例如在1991年11月27日公告的技术专利ZL91204501.9中提出了一种矿井提升机用微机控制可控硅无环流交-交低频电源装置。参见图3，图3是矿井提升机低压晶闸管交--交变频器传动的原理图。该装置虽然兼顾制动和低频爬行的两个阶段，但是由于交---交变频器输出必须为低频低压，其电压的限制使电机的电磁制动转矩较小，导致制动时间过长，同时交---交变频器在低频时功率因数很低，谐波含量大会对电网会造成较大的污染。也限制了其应用。同时交---交变频器由于结构复杂，占地面积很大需要价格昂贵的平衡电抗器也限制了其应用。又如图2，图2是矿井提升机晶闸管直流动力制动和低频发电机驱动的组合方式原理图。在减速制动时，采用晶闸管整流将直流电通到高压绕线电机的绕组中使电动机变为发电机，进行动力制动。将机械能变为电能消耗在转子电阻上。在爬行区时，采用接触器切换将直流动力制动电源脱开，接入低频爬行电源，常规的低频发电机组，由于体积大、效率低、使用维护复杂，目前使用受到一定的限制。国内也有采用高压变频器直接驱动高压电机拖动矿井提升机，但是这种传动方式价格更加昂贵，而且一般高压变频器在减速制动阶段不带回馈制动单元，节能效果较差。另外，在2002年10月9日公告的技术专利ZL01269016.3中提出了提升机智能化调频调速拖动装置，该装置主要包括数字化低频电源供电电路，变频器电路，变频器制动单元电路，高压真空换向器电路和“S”化频率给定环节；变频器制动单元电路由制动单元DB1并接电阻R组成。该装置由于在-->高速制动区域输出的是交流电，受到变频器输出电压的限制，以及制动单元DB1并接电阻R功率的限制，在高速区制动能力受到很大的限制。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种低压低频变频器，能够在减速制动阶段直接驱动高压绕线异步电动机，同时兼顾矿井提升机的直流动力制动和低频爬行状态的传动装置。为了解决上述技术问题，根据本专利技术，提供一种驱动矿井提升机高压绕线异步电动机的低压低频变频器，其中包括：整流电路，将低压工频交流电整流成直流电；逆变电路，输出低压低频的PWM交流电；变频器控制单元，对逆变电路进行控制；电流传感器，检测逆变电路输出的相电流值；电流变送器，将电流传感器检测到的相电流值变送到变频器控制单元；本专利技术所述低压低频变频器的控制系统是内部变结构的，其输出电压是特殊的PWM低压直流电压和低压低频的PWM交流电，采用间断投切运行模式，仅在矿井提升机高压绕线异步电动机处于减速制动阶段和低速爬行阶段时，与高压绕线异步电动机通过高压间断投切开关相连接，直接驱动高压绕线异步电动机；在所述低压低频变频器接入的起始时间内，输出可调节的低压直流电压，使高压绕线电机在高速旋转情况下直接进入可调节减速度直流制动状态，当高压绕线电机的速度降低到矿井提升机低频爬行区域时，自动切换到低频驱动状态；在直流制动的状态下，变频器的转速给定值ω*是以一定斜率下降的减速度，该减速度的给定值ω*与转速传感器测得的实际电机转速值ω进行偏差运算，把该偏差值送入PI调节器进行运算，其输出值是直流制动电流的给定值I*，把该电流给定值与电流传感器测得的实际直流电流值I进行偏差运算，把该偏差值送入PI调节器进行运算，其输出值是直流制动电压的给定值U*，把该直流电压给定值采用如下的两种方法进行运算处理，方法一是把直流制动电压的给定值U*直接与三相电压给定值的其中任意一相连接，把直流制动电压的给定值U*与-1相乘，然后送入剩余二相中的任意一相的给定值，最后的一相的给定值为零；方法二是把直流制动电压的给定值U*直接与三相电压给定值的其中任意一相连接，把直流制动电压的给定值U*与-1/2相乘，送入其余两相的给定值，变频器的三相电压控制值都按照上述的规律之一得到给定值后，把该值与PWM波发生器相连接，得到直流的PWM斩波电压控制信号，把该控制信号去驱动-->三相桥式逆变器的IGBT模块，就得到输出直流电流和电压可以调节直流电，进行直流动力制动，该低压低频变频器检测到高压绕线异步电动机的速度降低到矿井提升机低频爬行区域时，并且低压低频变频器接受到爬行工作的主令信号后，自动切换到低频驱动状态，其切换过程为，首先，让变频器的电压给定值置零，IGBT器件处于(000)状态，把电机内部的直流磁场进行快速灭磁，灭磁延迟时间持续时间不超过电机的转子时间常数，然后低压低频变频器进入低频爬行的矢量控制模式，为了避免电机的电磁振荡过程，变频器的电压给定值ud*、uq*分别经过一阶惯性环节，然后再进行坐标变换，形成三相电压的给定值，该给定值驱动三相PWM发生器，产生PWM信号，驱动三相IGBT逆变器，对高压绕线异步电动机进行矢量控制。作为本专利技术的一个优选方案，所述低压低频变频器采用交流690V以下的低压交流电压等级660V、440V、400V、380V；该变频器仅在提升机的减速阶段和低速爬行阶段接入，与高压绕线异步电动机之间采用直接连接的方式，无需升压变压器。作为本专利技术的另一个优选方案，所述低压低频变频器的功率器件采用集电极-发射极耐压为1700V、1400V、1200V、600V的IGBT、IPM的功率半导体模块。作为本专利技术的另一个优选方案，所述低压低频变频器的起始直流电压是可以用PWM波进行斩波调压的，在起始阶段是以一个合适的斜率快速升压的，以减少直流制动起始电流，在直流制动的中间阶段采用减速度和电流双闭环控制，同时，高压绕线电机转子侧的串联电阻必须连接在转子电路上，把直流制动产生的电能大部分消耗在转子外部的电阻回路中，同时转子电阻有利于产生稳定的直流制动转矩，在直流制动的末端采用合适的斜率快速降压灭磁。作为本专利技术的另一个优选方案，所述低压低频变频器的接入与高压交流接入存在互锁关系，即当变频器接入时高压交流断开；当高压交流接入时变频器断开，状态切换的暂态过程中存在死区关系，即在由高压转换到低压中有一个时间延迟，死区时间可以调节。作为本专利技术的另一个优选方案，所述低压低频变频器具有过电压、欠电压、过流、短路和元件过热保护功能。作为本专利技术的进一步改进，在高压绕线异步电动机处于爬行阶段时，为了简化控制系统，或者采用变压变频的VVVF开环控制方式。采用本专利技术的低压低频变频器，所构成一种兼顾矿井提升机的直流动力制-->动和低频爬行传动有较大的制动力矩和驱动力矩的同时，成本又很低廉的低压、低频变频控制矿井提升机系统。同时解决了矿井提升机的直流动力制动和低频爬行时的变频调速问题，采取本专利技术的自动控制后，可以将休止时间降低5秒，将现有的爬行时间减少10秒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种驱动矿井提升机高压绕线异步电动机的低压低频变频器，包括：一个整流电路（１１），将低压工频交流电整流成直流电；一个逆变电路（１２），输出低压低频的ＰＷＭ交流电；一个变频器控制单元（８），对所述逆变电路进行控制； 两个电流传感器（１０、１０），检测所述逆变电路输出的相电流值；一个电流变送器（９），将所述电流传感器检测到的相电流值变送到所述变频器控制单元；其特征在于，该低压低频变频器（７）由低压工频交流电网（１３）供电，通过高压间断 投切开关（５）与高压绕线异步电动机（１）连接，其控制系统是内部变结构的，其输出电压是特殊的ＰＷＭ低压直流电压和低压低频的ＰＷＭ交流电，采用间断投切运行模式，仅在矿井提升机高压绕线异步电动机（１）处于减速制动阶段和低速爬行阶段时，与高压绕线异步电动机通过高压间断投切开关（５）连接，直接驱动高压绕线异步电动机（１）；该低压低频变频器（７）接入的起始时间内，输出可调节的低压直流电压，使高压绕线异步电动机（１）在高速旋转情况下直接进入可调节减速度直流制动状态，当高压绕线异步电 动机（１）的速度降低到矿井提升机低频爬行区域时，自动切换到低频驱动状态，在低频驱动状态结束后重新进入可调节减速度直流制动状态，直到电机停车，在停止状态下变频器仍然输出直流电，直到电机进入下次启动为止；在直流制动的状态下，变频器的转速 给定值ω↑［＊］是以一定斜率下降的减速度，该减速度的给定值ω↑［＊］与转速传感器（６）测得的实际电机转速值ω进行偏差运算，把该偏差值送入ＰＩ调节器（３１）进行运算，其输出值是直流制动电流的给定值Ｉ↑［＊］，把该电流给定值与电流传感器测得的实际直流电流值Ｉ进行偏差运算，把该偏差值送入ＰＩ调节器（３０）进行运算，其输出值是直流制动电压的给定值Ｕ↑［＊］，把该直流电压给定值采用如下的两种方法进行运算处理，方法一是把直流制动电压的给定值Ｕ↑［＊］直接与三相电压给定值的其中任意一相连接，把直流制动电压的给定值Ｕ↑［＊］与－１相乘，然后送入剩余二相中的任意一相的给定值，最后的一相的给定值为零；方法二是把直流制动电压的给定值Ｕ↑［＊］直接与三相电压给定值的其中任意一相连接，把直流制动电压的给定值Ｕ↑［＊］与－１／２相乘，送入其余两相的给定值，变频器的三相电压控制值都按照上述的规律之一得到给定值后，把该值与ＰＷＭ波发生器相连接，得到直流的ＰＷＭ斩波电...
【技术特征摘要】
1、一种驱动矿井提升机高压绕线异步电动机的低压低频变频器，包括：一个整流电路(11)，将低压工频交流电整流成直流电；一个逆变电路(12)，输出低压低频的PWM交流电；一个变频器控制单元(8)，对所述逆变电路进行控制；两个电流传感器(10、10)，检测所述逆变电路输出的相电流值；一个电流变送器(9)，将所述电流传感器检测到的相电流值变送到所述变频器控制单元；其特征在于，该低压低频变频器(7)由低压工频交流电网(13)供电，通过高压间断投切开关(5)与高压绕线异步电动机(1)连接，其控制系统是内部变结构的，其输出电压是特殊的PWM低压直流电压和低压低频的PWM交流电，采用间断投切运行模式，仅在矿井提升机高压绕线异步电动机(1)处于减速制动阶段和低速爬行阶段时，与高压绕线异步电动机通过高压间断投切开关(5)连接，直接驱动高压绕线异步电动机(1)；该低压低频变频器(7)接入的起始时间内，输出可调节的低压直流电压，使高压绕线异步电动机(1)在高速旋转情况下直接进入可调节减速度直流制动状态，当高压绕线异步电动机(1)的速度降低到矿井提升机低频爬行区域时，自动切换到低频驱动状态，在低频驱动状态结束后重新进入可调节减速度直流制动状态，直到电机停车，在停止状态下变频器仍然输出直流电，直到电机进入下次启动为止；在直流制动的状态下，变频器的转速给定值ω*是以一定斜率下降的减速度，该减速度的给定值ω*与转速传感器(6)测得的实际电机转速值ω进行偏差运算，把该偏差值送入PI调节器(31)进行运算，其输出值是直流制动电流的给定值I*，把该电流给定值与电流传感器测得的实际直流电流值I进行偏差运算，把该偏差值送入PI调节器(30)进行运算，其输出值是直流制动电压的给定值U*，把该直流电压给定值采用如下的两种方法进行运算处理，方法一是把直流制动电压的给定值U*直接与三相电压给定值的其中任意一相连接，把直流制动电压的给定值U*与-1相乘，然后送入剩余二相中的任意一相的给定值，最后的一相的给定值为零；方法二是把直流制动电压的给定值U*直接与三相电压给定值的其中任意一相连接，把直流制动电压的给定值U*与-1/2相乘，送入其余两相的给定值，变频器的三相电压控制值都按照上述的规律之一得到给定值后，把该值与PWM波发生器相连接，得到直流的PWM斩波电压控制信号，把该控制信号去驱动三相桥式逆变器的IGBT模块，就得到输出直流电流和电压可以调节直流电，进行直流动力制动，该低压低频变频器(7)检测到高压绕线异步电动机(1)的速度降低到矿井提升机低频爬行区域时，并且低压低频变频器(7)接受到爬行...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓雷，陈旭，李宪普，付邦胜，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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