矿用防爆变频器应用发展及其干扰问题的解决对策.pdf

矿用防爆变频器应用发展及 其干扰问题的解决对策  三电平变频器的发展及其应用  变频器与CST 的比较  矿用变频器在井下使用中的干扰问题及其解决对策 上海地澳自动化科技有限公司 二0 一0 年七月 上海地澳自动化科技有限公司 三电平变频器的发展及其应用 1、引言 随着我国煤炭生产自动化程度的不断提高，矿用变频器在煤矿井下采、掘、运等 机械设备和井上通、压、排、提等四大件的调速应用中发挥了良好的调速性能和节能 降耗的作用。为此，矿用变频器在煤矿井下得到了广泛的应用，归纳起来有几个优点： 1）能解决大功率电机高精度的转矩控制；2）能实现大功率电机的软起、软停和过程 控制；3）多机联动时的功率平衡；4）四象限运行时的再生制动和能量回馈，节能减 排；5）净化环境，安全生产；6）延长设备使用寿命。 然而，现用的矿用变频器均采用正弦波脉宽调制，所用器件是 IGBT 器件，经过 交-直-交变换后，变频器输出不是完全的正弦波形，而且有3 次以上的谐波。通常二 电平的结构为6 脉波，其输入侧对电网的干扰比较大，甚至干扰煤矿井下安全生产监 测监控系统。为解决这个问题，同时又能使变频调速这一新技术能在煤矿井下得到使 用，我公司与日本东芝-三菱公司合作，共同研制了1140V、800KW 矿用隔爆兼本质安 全型变频调速装置；与AB 公司合作，研发了3300V、1800KW 矿用隔爆兼本质安全型 变频调速装置。系统结构上均采用电压源型三电平矢量控制，达到 12 脉波方案。其 中1140V、800KW 变频器整流部分采用AFE 有源整流，省掉了整流变压器，在电路上 采用高阻接地，安全电流达到≤12mA。 三电平变频器相对于传统的两电平而言，它可以使主开关器件的电压降低一半。 由于输出多了一个电平，可以使du/dt 降低一半，从而使输出电压谐波减小，电动机 的温度大大降低，所有这些优点，特别适合于煤矿井下1140V 以上大容量的调速系统 （详见图1）。 图1 上海地澳自动化科技有限公司 三电平变频器的整流电路标准配置为12 脉波整流电路，其输入变压器为三绕阻， 二次采用△和 Y 接法，两组二次绕组对应线电压之间的相位差为 π/6，从而使整流 后的电压波形具有 12 个脉波，有效地降低了整流器产生的谐波电流；若输出侧同时 配置正弦波滤波器，则可以完全消除整流器产生的谐波。 三电平式变频器主要优点： 1) 结构简单，体积小； 2) 与两电平相比，采用同样电压等级，器件可以实现2 倍的电压输出； 3) 降低电机的共模电压； 4) 降低对电网的共模干扰； 5) 能方便实现能量的双向流动，电机的四象限运行； 6) 与两电平相比，输出du/dt 减小一半； 7) 与两电平相比，相电压输出电平数增加，输出谐波减小。 本案采用的“三电平控制”，既继承了“二电平控制”的优点，又解决了原来“二 电平控制”的缺点和不足，但是，三电平变频器涉及到一个中心点接地的问题，由于 现在我们国家煤矿井下的供电系统，规定中心点不接地，为此本案所研发的三电平变 频器能否应用到井下，便是一个急需解决的问题。为此，我们的解决方案是：将隔爆 型三绕组变压器采用DYN11 型式，其输入与输出的中性点经高阻接地，阻值满足《煤 矿安全》规程规定和GB3836.1～2-2000 的要求，而矿用隔爆兼本质安全型三电平变 频调速装置的整流输入由三绕组变压器的二次输出绕组分别接入一组三相桥式二极 管整流器，形成十二脉波的多重化输入方式，两组整流电路相串联，并且整流桥的 中性点与中间环节的电容的中性点相连，这样直流环节的两组串联电容各分别由变 压器的二次绕组（及其整流桥）供电，所以在逆变算法中不存在中点电压漂移的问 题，使运算得到简化。这样做，既保证了三电平变频器的可靠工作，又保证了煤矿生 产和人员安全。 2、设计依据： GB191-2008 包装储运图示标志 GB/T 311.1-2003 高压输变电设备的绝缘配合使用导则 GB/T 2423.4-