專利名稱：驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的低壓低頻變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)的高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的低壓低頻變頻器，特別是涉及一種僅在礦井提升機(jī)的高壓繞線異步電機(jī)處于減速制動(dòng)狀態(tài)下，投入運(yùn)行的變頻器，該變頻器直接驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)的高壓繞線異步電機(jī)運(yùn)行在低頻爬行的工作狀態(tài)下。
背景技術(shù)：
目前在國(guó)內(nèi)的煤礦中，大多數(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)采用高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)。采用高壓繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串、并聯(lián)電阻方式對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速過(guò)程進(jìn)行控制，是控制高壓繞線電機(jī)的減速階段和低頻爬行階段傳統(tǒng)的控制方式。下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步的說(shuō)明例如在1991年11月27日公告的實(shí)用新型專利ZL91204501.9中提出了一種礦井提升機(jī)用微機(jī)控制可控硅無(wú)環(huán)流交-交低頻電源裝置。參見圖3，圖3是礦井提升機(jī)低壓晶閘管交--交變頻器傳動(dòng)的原理圖。該裝置雖然兼顧制動(dòng)和低頻爬行的兩個(gè)階段，但是由于交---交變頻器輸出必須為低頻低壓，其電壓的限制使電機(jī)的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，導(dǎo)致制動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)交---交變頻器在低頻時(shí)功率因數(shù)很低，諧波含量大會(huì)對(duì)電網(wǎng)會(huì)造成較大的污染。也限制了其應(yīng)用。同時(shí)交---交變頻器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積很大需要價(jià)格昂貴的平衡電抗器也限制了其應(yīng)用。
又如圖2，圖2是礦井提升機(jī)晶閘管直流動(dòng)力制動(dòng)和低頻發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的組合方式原理圖。在減速制動(dòng)時(shí)，采用晶閘管整流將直流電通到高壓繞線電機(jī)的繞組中使電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，進(jìn)行動(dòng)力制動(dòng)。將機(jī)械能變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子電阻上。在爬行區(qū)時(shí)，采用接觸器切換將直流動(dòng)力制動(dòng)電源脫開，接入低頻爬行電源，常規(guī)的低頻發(fā)電機(jī)組，由于體積大、效率低、使用維護(hù)復(fù)雜，目前使用受到一定的限制。
國(guó)內(nèi)也有采用高壓變頻器直接驅(qū)動(dòng)高壓電機(jī)拖動(dòng)礦井提升機(jī)，但是這種傳動(dòng)方式價(jià)格更加昂貴，而且一般高壓變頻器在減速制動(dòng)階段不帶回饋制動(dòng)單元，節(jié)能效果較差。
另外，在2002年10月9日公告的實(shí)用新型專利ZL01269016.3中提出了提升機(jī)智能化調(diào)頻調(diào)速拖動(dòng)裝置，該裝置主要包括數(shù)字化低頻電源供電電路，變頻器電路，變頻器制動(dòng)單元電路，高壓真空換向器電路和“S”化頻率給定環(huán)節(jié)；變頻器制動(dòng)單元電路由制動(dòng)單元DB1并接電阻R組成。該裝置由于在高速制動(dòng)區(qū)域輸出的是交流電，受到變頻器輸出電壓的限制，以及制動(dòng)單元DB1并接電阻R功率的限制，在高速區(qū)制動(dòng)能力受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種低壓低頻變頻器，能夠在減速制動(dòng)階段直接驅(qū)動(dòng)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)，同時(shí)兼顧礦井提升機(jī)的直流動(dòng)力制動(dòng)和低頻爬行狀態(tài)的傳動(dòng)裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明，提供一種驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的低壓低頻變頻器，其中包括整流電路，將低壓工頻交流電整流成直流電；逆變電路，輸出低壓低頻的PWM交流電；變頻器控制單元，對(duì)逆變電路進(jìn)行控制；電流傳感器，檢測(cè)逆變電路輸出的相電流值；電流變送器，將電流傳感器檢測(cè)到的相電流值變送到變頻器控制單元；本發(fā)明所述低壓低頻變頻器的控制系統(tǒng)是內(nèi)部變結(jié)構(gòu)的，其輸出電壓是特殊的PWM低壓直流電壓和低壓低頻的PWM交流電，采用間斷投切運(yùn)行模式，僅在礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)處于減速制動(dòng)階段和低速爬行階段時(shí)，與高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)高壓間斷投切開關(guān)相連接，直接驅(qū)動(dòng)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)；在所述低壓低頻變頻器接入的起始時(shí)間內(nèi)，輸出可調(diào)節(jié)的低壓直流電壓，使高壓繞線電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)情況下直接進(jìn)入可調(diào)節(jié)減速度直流制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)高壓繞線電機(jī)的速度降低到礦井提升機(jī)低頻爬行區(qū)域時(shí)，自動(dòng)切換到低頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；在直流制動(dòng)的狀態(tài)下，變頻器的轉(zhuǎn)速給定值ω*是以一定斜率下降的減速度，該減速度的給定值ω*與轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速值ω進(jìn)行偏差運(yùn)算，把該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算，其輸出值是直流制動(dòng)電流的給定值I*，把該電流給定值與電流傳感器測(cè)得的實(shí)際直流電流值I進(jìn)行偏差運(yùn)算，把該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算，其輸出值是直流制動(dòng)電壓的給定值U*，把該直流電壓給定值采用如下的兩種方法進(jìn)行運(yùn)算處理，方法一是把直流制動(dòng)電壓的給定值U*直接與三相電壓給定值的其中任意一相連接，把直流制動(dòng)電壓的給定值U*與-1相乘，然后送入剩余二相中的任意一相的給定值，最后的一相的給定值為零；方法二是把直流制動(dòng)電壓的給定值U*直接與三相電壓給定值的其中任意一相連接，把直流制動(dòng)電壓的給定值U*與-1/2相乘，送入其余兩相的給定值，變頻器的三相電壓控制值都按照上述的規(guī)律之一得到給定值后，把該值與PWM波發(fā)生器相連接，得到直流的PWM斬波電壓控制信號(hào)，把該控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變器的IGBT模塊，就得到輸出直流電流和電壓可以調(diào)節(jié)直流電，進(jìn)行直流動(dòng)力制動(dòng)，該低壓低頻變頻器檢測(cè)到高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的速度降低到礦井提升機(jī)低頻爬行區(qū)域時(shí)，并且低壓低頻變頻器接受到爬行工作的主令信號(hào)后，自動(dòng)切換到低頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，其切換過(guò)程為，首先，讓變頻器的電壓給定值置零，IGBT器件處于(000)狀態(tài)，把電機(jī)內(nèi)部的直流磁場(chǎng)進(jìn)行快速滅磁，滅磁延遲時(shí)間持續(xù)時(shí)間不超過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，然后低壓低頻變頻器進(jìn)入低頻爬行的矢量控制模式，為了避免電機(jī)的電磁振蕩過(guò)程，變頻器的電壓給定值ud*、uq*分別經(jīng)過(guò)一階慣性環(huán)節(jié)，然后再進(jìn)行坐標(biāo)變換，形成三相電壓的給定值，該給定值驅(qū)動(dòng)三相PWM發(fā)生器，產(chǎn)生PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三相IGBT逆變器，對(duì)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述低壓低頻變頻器采用交流690V以下的低壓交流電壓等級(jí)660V、440V、400V、380V；該變頻器僅在提升機(jī)的減速階段和低速爬行階段接入，與高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)之間采用直接連接的方式，無(wú)需升壓變壓器。
作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述低壓低頻變頻器的功率器件采用集電極-發(fā)射極耐壓為1700V、1400V、1200V、600V的IGBT、IPM的功率半導(dǎo)體模塊。
作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述低壓低頻變頻器的起始直流電壓是可以用PWM波進(jìn)行斬波調(diào)壓的，在起始階段是以一個(gè)合適的斜率快速升壓的，以減少直流制動(dòng)起始電流，在直流制動(dòng)的中間階段采用減速度和電流雙閉環(huán)控制，同時(shí)，高壓繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的串聯(lián)電阻必須連接在轉(zhuǎn)子電路上，把直流制動(dòng)產(chǎn)生的電能大部分消耗在轉(zhuǎn)子外部的電阻回路中，同時(shí)轉(zhuǎn)子電阻有利于產(chǎn)生穩(wěn)定的直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在直流制動(dòng)的末端采用合適的斜率快速降壓滅磁。
作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述低壓低頻變頻器的接入與高壓交流接入存在互鎖關(guān)系，即當(dāng)變頻器接入時(shí)高壓交流斷開；當(dāng)高壓交流接入時(shí)變頻器斷開，狀態(tài)切換的暫態(tài)過(guò)程中存在死區(qū)關(guān)系，即在由高壓轉(zhuǎn)換到低壓中有一個(gè)時(shí)間延遲，死區(qū)時(shí)間可以調(diào)節(jié)。
作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，所述低壓低頻變頻器具有過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)流、短路和元件過(guò)熱保護(hù)功能。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)處于爬行階段時(shí)，為了簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，或者采用變壓變頻的VVVF開環(huán)控制方式。
采用本發(fā)明的低壓低頻變頻器，所構(gòu)成一種兼顧礦井提升機(jī)的直流動(dòng)力制動(dòng)和低頻爬行傳動(dòng)有較大的制動(dòng)力矩和驅(qū)動(dòng)力矩的同時(shí)，成本又很低廉的低壓、低頻變頻控制礦井提升機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)解決了礦井提升機(jī)的直流動(dòng)力制動(dòng)和低頻爬行時(shí)的變頻調(diào)速問題，采取本發(fā)明的自動(dòng)控制后，可以將休止時(shí)間降低5秒，將現(xiàn)有的爬行時(shí)間減少10秒，從而使提升機(jī)提升周期由原來(lái)交-交可控硅控制的提升周期92.81秒下降到現(xiàn)在的73.14秒。本系統(tǒng)采用電流、速度雙閉環(huán)的協(xié)調(diào)控制使提升機(jī)的提升速度嚴(yán)格按照設(shè)定的速度運(yùn)行，由于信號(hào)傳輸采用的是數(shù)字信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速，在進(jìn)入爬行階段爬行的速度基本不受負(fù)載大小的影響，可將爬行距離從現(xiàn)在的10m降到5m?？梢詫?shí)現(xiàn)每小時(shí)的提升次數(shù)達(dá)到36次(現(xiàn)在的提升次數(shù)僅在30次左右)，大大的提高礦井提升機(jī)的日總提升產(chǎn)量。本系統(tǒng)不僅在電壓由高壓向低壓低頻制動(dòng)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中省去了一個(gè)變壓器，而且與以往的晶閘管控制系統(tǒng)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，控制特性好等特點(diǎn)，又具有易安裝、可靠性高，適合不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求等特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)只需在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行少量的改造就可以將原有系統(tǒng)改造成為新型系統(tǒng)，可以大大縮短改造的周期。還可以根據(jù)負(fù)載的不同改變減速度的大小，以適合不同情況下系統(tǒng)的要求。采用雙閉環(huán)的速度、電流反饋控制可以使提升機(jī)的制動(dòng)速度在很寬的范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明與晶閘管直流動(dòng)力制動(dòng)控制、低壓晶閘管交--交變頻器控制、高壓變頻器直接驅(qū)動(dòng)控制等三種方式相比較，無(wú)論是在控制縮短循環(huán)周期提高日產(chǎn)量方面，還是在節(jié)約投資方面都是最優(yōu)的，同時(shí)可靠性也比以往的系統(tǒng)得到了很大的提高，并且維護(hù)也非常方便。是對(duì)現(xiàn)有礦井提升系統(tǒng)進(jìn)行改造的最佳方案，同時(shí)也為未來(lái)提升機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的低壓低頻變頻器系統(tǒng)方框圖。
圖2是已有技術(shù)中的礦井提升機(jī)晶閘管直流動(dòng)力制動(dòng)和低頻發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)組合方式的原理圖。
圖3是已有技術(shù)中的礦井提升機(jī)低壓晶閘管交--交變頻器傳動(dòng)的原理圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的變頻器控制單元原理圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的礦井提升機(jī)的速度與力圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的直流制動(dòng)定子電流仿真波形圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的直流制動(dòng)和爬行定子電流仿真波形圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制動(dòng)及爬行階段角速度仿真波形圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的低壓低頻變頻器系統(tǒng)方框圖，采用本發(fā)明的礦井提升機(jī)系統(tǒng)具有直流大力矩制動(dòng)和低頻矢量控制大轉(zhuǎn)矩爬行環(huán)節(jié)，系統(tǒng)由一臺(tái)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)1(型號(hào)為YR800-12/1430)、負(fù)載電阻2、高壓工頻交流電網(wǎng)3、高壓切換高壓開關(guān)4、高壓間斷投切開關(guān)5、控制用的低壓低頻變頻器7構(gòu)成。以一個(gè)在煤礦礦井深為368米的礦井中運(yùn)行情況為例。選用K4型給煤機(jī)和液壓張緊式鋼絲繩罐道，箕斗為12t的標(biāo)準(zhǔn)斗。將原有的數(shù)控可控硅交-直-交變頻調(diào)速改為新型的DSP控制IGBT的低壓低頻直流制動(dòng)和低頻爬行系統(tǒng)。
對(duì)應(yīng)圖1與圖9，在零時(shí)刻高壓開關(guān)4閉合，高壓間斷投切開關(guān)5被互鎖處于斷開狀態(tài)，提升機(jī)開始加速運(yùn)行，加速度為0.5m/s2，此時(shí)，負(fù)載電阻2全部串入轉(zhuǎn)子兩端，減小定子內(nèi)電流，增大啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩，經(jīng)3.33秒后，減小傳串入轉(zhuǎn)子的電阻，提升機(jī)的以0.7m/s2加速度升速，當(dāng)速度達(dá)到7.27m/s時(shí)，這時(shí)將全部的投切電阻都斷開，提升機(jī)進(jìn)入最大速度勻速運(yùn)行階段。經(jīng)過(guò)38.87秒運(yùn)行后，提升高度達(dá)到321.2米，高壓開關(guān)4斷開，延遲約為0.015秒后高壓間斷投切開關(guān)5閉合，同時(shí)自動(dòng)的控制將負(fù)載電阻2接入電機(jī)兩端，并同時(shí)由DSP控制IGBT的觸發(fā)脈沖使變頻器的輸出為一個(gè)可控的直流電壓(如圖4變頻器控制單元原理圖)，此時(shí)提升機(jī)進(jìn)入直流制動(dòng)階段，延遲電路是本專利的一個(gè)重要組成部分，如果沒有延遲，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)很大的沖擊電流，燒壞低頻變頻器的管子，并且為了防止開關(guān)誤動(dòng)作，在觸發(fā)信號(hào)選擇電路上加入邏輯與采樣保持電路，確保電路在轉(zhuǎn)入低頻運(yùn)行后不會(huì)由于轉(zhuǎn)速的波動(dòng)引起的開關(guān)誤動(dòng)作，為了使提升機(jī)制動(dòng)時(shí)間精確控制在一定的范圍內(nèi)，采用電流、速度雙閉環(huán)的調(diào)節(jié)作用自動(dòng)控制調(diào)節(jié)輸出制動(dòng)直流電壓的大小，從而控制制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，使提升機(jī)減速時(shí)的加速度與給定的加速度相一致。這個(gè)雙閉環(huán)反饋控制，可以精確地將減速時(shí)的加速度保持為1.254m/s2，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)制動(dòng)過(guò)程速度的精確控制。經(jīng)過(guò)5秒，電機(jī)的速度降低到1m/s。此時(shí)，當(dāng)控制回路中的檢測(cè)元件檢測(cè)到電機(jī)轉(zhuǎn)速低于給定值時(shí)，PWM觸發(fā)脈沖輸入信號(hào)由整流信號(hào)變?yōu)?信號(hào)，給觸發(fā)電路一段延時(shí)，消除電機(jī)定子內(nèi)部的直流分量磁鏈，防止在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)由直流制動(dòng)轉(zhuǎn)為低頻交流爬行時(shí)轉(zhuǎn)速的振蕩，延遲后電路由低壓直流制動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l交流爬行階段，觸發(fā)電路切換為低頻后，觸發(fā)電路輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列邏輯運(yùn)算和約0.2s的延遲后輸出，保障了電機(jī)由直流制動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變成為低壓低頻時(shí)的矢量控制異步電動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)自動(dòng)控制負(fù)載電阻斷開，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入到爬行階段，在此過(guò)程中仍采用速度、電流雙閉環(huán)對(duì)提升機(jī)的爬行速度進(jìn)行自動(dòng)控制，使提升機(jī)運(yùn)行于給定速度，經(jīng)過(guò)10秒就可以完成整個(gè)爬行過(guò)程，爬行過(guò)程結(jié)束后，重新進(jìn)入直流制動(dòng)狀態(tài)，直到停車為止，在停車時(shí)，變頻器仍然輸出直流電，起到停車定位作用，直到下一次啟動(dòng)。采用本發(fā)明后，提升機(jī)的爬行過(guò)程與傳統(tǒng)的提升系統(tǒng)相比在制動(dòng)階段和爬行階段可以節(jié)省14.67秒時(shí)間。本發(fā)明采用自動(dòng)控制系統(tǒng)休止時(shí)間可以使原有系統(tǒng)的休止時(shí)間減少5秒。從而進(jìn)一步減小了循環(huán)的時(shí)間?？梢詫⒀h(huán)次數(shù)從以往的30次提升到每小時(shí)36次。
該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程可進(jìn)一步描述如下開始時(shí)將轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻2接到電路中閉合高壓開關(guān)4提升機(jī)開始進(jìn)入升速階段，利用“電流加時(shí)間”的原則切換接到轉(zhuǎn)子電阻，實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)速使提升機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸達(dá)到穩(wěn)定值。提升機(jī)由勻速運(yùn)行提升狀態(tài)轉(zhuǎn)換到制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程中，在高壓開關(guān)4斷開的瞬間電機(jī)內(nèi)殘留有很高的電磁密度，造成此時(shí)電機(jī)兩端仍保持很高的電壓。為了使這個(gè)電壓不影響低壓變頻器的投切工作，需要進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)控制高壓間斷投切開關(guān)5閉合，同時(shí)自動(dòng)將負(fù)載電阻2投切到電路中，進(jìn)入電機(jī)的直流制動(dòng)階段，制動(dòng)階段和低壓低頻爬行階段的變頻器控制單元原理圖，如圖4所示。根據(jù)提升機(jī)減速時(shí)對(duì)減速度的要求，由DSP軟件編程對(duì)IGBT的觸發(fā)脈沖進(jìn)行控制，第一組IGBT輸入的為占空比可控的觸發(fā)脈沖，在第二組IGBT中輸入一個(gè)相反的信號(hào)使其下橋的導(dǎo)通狀態(tài)與第一組的上橋?qū)顟B(tài)相一致，給第三組IGBT一個(gè)0信號(hào)使之處于常閉的狀態(tài)。從而形成一個(gè)從第一相經(jīng)過(guò)電機(jī)的定子繞組到第二相的相間直流電壓(如圖8所示)。由此，可以根據(jù)對(duì)減速度的要求來(lái)控制第一組IGBT輸入信號(hào)的占空比，從而可以控制輸出直流電壓的大小。通過(guò)改變通入電機(jī)定子中的直流電壓大小可以改變電機(jī)內(nèi)部勵(lì)磁磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，從而可以改變電機(jī)的制動(dòng)力矩，使高壓繞線電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)情況下直接進(jìn)入可調(diào)節(jié)減速度的直流制動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)速度、電流雙閉環(huán)的調(diào)節(jié)作用可以根據(jù)給定速度的要求對(duì)輸出電壓的大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。在減速過(guò)程中不斷將檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速值與設(shè)定的爬行速度值相比較，當(dāng)檢測(cè)到的速度信號(hào)值降到與爬行的速度值相等時(shí)改變輸入到IGBT的觸發(fā)脈沖，將原有控制直流輸出的控制系統(tǒng)改變由矢量控制的三相交流輸出的控制系統(tǒng)，為了保證定子所加的電壓由直流電壓平穩(wěn)的過(guò)渡到三相交流電壓，在電壓轉(zhuǎn)變的過(guò)程中有一個(gè)不大于轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的時(shí)間延遲，在延遲過(guò)程中輸送給IGBT一個(gè)0信號(hào)，使變頻器的輸出電壓為零，使定子有一個(gè)短時(shí)間的放電過(guò)程，當(dāng)放電結(jié)束時(shí)控制送給IGBT新的觸發(fā)脈沖，輸出為三相交流電壓，使電機(jī)工作于矢量控制的異步電動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將制動(dòng)負(fù)載電阻斷開，自動(dòng)切換到低頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。由此提升機(jī)進(jìn)入低速爬行階段，依靠雙閉環(huán)調(diào)節(jié)作用來(lái)控制PWM波的輸出，控制電機(jī)定子電流的頻率，不斷改變提升機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。使提升機(jī)在爬行階段保持穩(wěn)定的運(yùn)行速度，直到將箕斗中的煤全部卸掉為止，如圖9制動(dòng)及爬行過(guò)程角速度仿真波形圖和圖8制動(dòng)及爬行過(guò)程的電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形圖。然后根據(jù)設(shè)定的減速度值，重新進(jìn)入到直流制動(dòng)狀態(tài)，由雙閉環(huán)反饋直流制動(dòng)控制提升機(jī)的減速度值，再次進(jìn)入減速階段直到電機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，提升機(jī)停車，保持PWM直流電流，進(jìn)行提升機(jī)定位，直到重新啟動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的低壓低頻變頻器，包括一個(gè)整流電路(11)，將低壓工頻交流電整流成直流電；一個(gè)逆變電路(12)，輸出低壓低頻的PWM交流電；一個(gè)變頻器控制單元(8)，對(duì)所述逆變電路進(jìn)行控制；兩個(gè)電流傳感器(10、10)，檢測(cè)所述逆變電路輸出的相電流值；一個(gè)電流變送器(9)，將所述電流傳感器檢測(cè)到的相電流值變送到所述變頻器控制單元；其特征在于，該低壓低頻變頻器(7)由低壓工頻交流電網(wǎng)(13)供電，通過(guò)高壓間斷投切開關(guān)(5)與高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)連接，其控制系統(tǒng)是內(nèi)部變結(jié)構(gòu)的，其輸出電壓是特殊的PWM低壓直流電壓和低壓低頻的PWM交流電，采用間斷投切運(yùn)行模式，僅在礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)處于減速制動(dòng)階段和低速爬行階段時(shí)，與高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)高壓間斷投切開關(guān)(5)連接，直接驅(qū)動(dòng)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)；該低壓低頻變頻器(7)接入的起始時(shí)間內(nèi)，輸出可調(diào)節(jié)的低壓直流電壓，使高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)在高速旋轉(zhuǎn)情況下直接進(jìn)入可調(diào)節(jié)減速度直流制動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)的速度降低到礦井提升機(jī)低頻爬行區(qū)域時(shí)，自動(dòng)切換到低頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，在低頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)結(jié)束后重新進(jìn)入可調(diào)節(jié)減速度直流制動(dòng)狀態(tài)，直到電機(jī)停車，在停止?fàn)顟B(tài)下變頻器仍然輸出直流電，直到電機(jī)進(jìn)入下次啟動(dòng)為止；在直流制動(dòng)的狀態(tài)下，變頻器的轉(zhuǎn)速給定值ω*是以一定斜率下降的減速度，該減速度的給定值ω*與轉(zhuǎn)速傳感器(6)測(cè)得的實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速值ω進(jìn)行偏差運(yùn)算，把該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器(31)進(jìn)行運(yùn)算，其輸出值是直流制動(dòng)電流的給定值I*，把該電流給定值與電流傳感器測(cè)得的實(shí)際直流電流值I進(jìn)行偏差運(yùn)算，把該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器(30)進(jìn)行運(yùn)算，其輸出值是直流制動(dòng)電壓的給定值U*，把該直流電壓給定值采用如下的兩種方法進(jìn)行運(yùn)算處理，方法一是把直流制動(dòng)電壓的給定值U*直接與三相電壓給定值的其中任意一相連接，把直流制動(dòng)電壓的給定值U*與-1相乘，然后送入剩余二相中的任意一相的給定值，最后的一相的給定值為零；方法二是把直流制動(dòng)電壓的給定值U*直接與三相電壓給定值的其中任意一相連接，把直流制動(dòng)電壓的給定值U*與-1/2相乘，送入其余兩相的給定值，變頻器的三相電壓控制值都按照上述的規(guī)律之一得到給定值后，把該值與PWM波發(fā)生器相連接，得到直流的PWM斬波電壓控制信號(hào)，把該控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變器的IGBT模塊，就得到輸出直流電流和電壓可以調(diào)節(jié)直流電，進(jìn)行直流動(dòng)力制動(dòng)，該低壓低頻變頻器(7)檢測(cè)到高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)的速度降低到礦井提升機(jī)低頻爬行區(qū)域時(shí)，并且低壓低頻變頻器(7)接受到爬行工作的主令信號(hào)后，自動(dòng)切換到低頻驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，其切換過(guò)程為，首先，讓變頻器的電壓給定值置零，IGBT器件處于(000)狀態(tài)，把電機(jī)內(nèi)部的直流磁場(chǎng)進(jìn)行快速滅磁，滅磁延遲時(shí)間持續(xù)時(shí)間不超過(guò)電機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，然后低壓低頻變頻器(7)進(jìn)入低頻爬行的矢量控制模式，為了避免電機(jī)的電磁振蕩過(guò)程，變頻器的電壓給定值ud*、uq*分別經(jīng)過(guò)一階慣性環(huán)節(jié)(17、18)，然后再進(jìn)行坐標(biāo)變換，形成三相電壓的給定值，該給定值驅(qū)動(dòng)三相PWM發(fā)生器，產(chǎn)生PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三相IGBT逆變器(12)，對(duì)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)進(jìn)行矢量控制。
2.根據(jù)權(quán)力要求1的低壓低頻變頻器(7)，其特征在于，低壓低頻變頻器(7)采用交流690V以下的低壓交流電壓等級(jí)660V、440V、400V、380V；低壓低頻變頻器(7)僅在提升機(jī)的減速階段和低速爬行階段接入，低壓低頻變頻器(7)與高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)之間采用直接連接的方式，無(wú)需升壓變壓器。
3.根據(jù)權(quán)力要求1和權(quán)力要求2中的任一項(xiàng)的低壓低頻變頻器(7)，其特征在于，該低壓低頻變頻器(7)的功率器件采用集電極-發(fā)射極耐壓為1700V、1400V、1200V、600V的IGBT、IPM的功率半導(dǎo)體模塊。
4.根據(jù)權(quán)力要求1的低壓低頻變頻器(7)，其特征在于，該低壓低頻變頻器(7)的起始直流電壓是可以用PWM波進(jìn)行斬波調(diào)壓的，在起始階段是以一個(gè)合適的斜率快速升壓的，以減少直流制動(dòng)起始電流，在直流制動(dòng)的中間階段采用減速度和電流雙閉環(huán)控制，同時(shí)，高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(7)轉(zhuǎn)子側(cè)的串聯(lián)電阻(2)必須連接在轉(zhuǎn)子電路上，把直流制動(dòng)產(chǎn)生的電能大部分消耗在轉(zhuǎn)子外部的電阻回路中，同時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)的串聯(lián)電阻(2)有利于產(chǎn)生穩(wěn)定的直流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在直流制動(dòng)的末端采用合適的斜率快速降壓滅磁。
5.根據(jù)權(quán)力要求1的低壓低頻變頻器(7)，其特征在于，該低壓低頻變頻器(7)的接入與高壓工頻交流電(3)接入存在互鎖關(guān)系，即當(dāng)?shù)蛪旱皖l變頻器(7)接入時(shí)高壓工頻交流電(3)斷開；當(dāng)高壓工頻交流電(3)接入時(shí)低壓低頻變頻器(7)斷開，狀態(tài)切換的暫態(tài)過(guò)程中存在死區(qū)關(guān)系，死區(qū)時(shí)間可以調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)力要求1的低壓低頻變頻器(7)，其特征在于，該低壓低頻變頻器(7)具有過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)流、短路和元件過(guò)熱保護(hù)功能。
7.根據(jù)權(quán)力要求1的低壓低頻變頻器(7)，其特征在于，當(dāng)該低壓低頻變頻器(7)處于爬行運(yùn)行階段，轉(zhuǎn)子側(cè)的串聯(lián)電阻(2)全部被短接掉，以提高效率和系統(tǒng)的控制精度。
8.根據(jù)權(quán)力要求1的低壓低頻變頻器(7)，其特征在于，在高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)(1)處于爬行階段，或者采用變壓變頻的VVVF開環(huán)控制方式。
全文摘要
一種驅(qū)動(dòng)礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)的低壓低頻變頻器，包括整流電路(11)，將低壓工頻交流電整流成直流電；逆變電路(12)，輸出低壓低頻的PWM交流電；變頻器控制單元(8)，對(duì)逆變電路等進(jìn)行控制；本發(fā)明的低壓低頻變頻器的控制系統(tǒng)是內(nèi)部變結(jié)構(gòu)的，其輸出電壓是特殊的PWM低壓直流電壓和低壓低頻的PWM交流電，采用間斷投切運(yùn)行模式，僅在礦井提升機(jī)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)處于減速制動(dòng)階段和低速爬行階段時(shí)，與高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)高壓開關(guān)相連接，直接驅(qū)動(dòng)高壓繞線異步電動(dòng)機(jī)。采用本發(fā)明的低壓低頻變頻器所構(gòu)成的礦井提升機(jī)系統(tǒng)，具有直流動(dòng)力制動(dòng)和低頻爬行驅(qū)動(dòng)力矩均比較大、而成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P21/00GK1641994SQ20041006038
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者王曉雷, 陳旭, 李憲普, 付邦勝 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院