一種礦用隔爆變頻器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種礦用隔爆變頻器，包括高壓組合防爆開關(guān)組件、多抽頭變壓器組件、變頻器組件；其中，高壓組合防爆開關(guān)組件設置有第一輸入端、第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端以及第五輸出端；第一輸入端設置為連接10KV供電系統(tǒng)，第一輸出端設置為提供系統(tǒng)AC380V控制電源，第一輸出端連接有高壓熔斷器；第二輸出端、第三輸出端以及第四輸出端設置為連接多抽頭變壓器組件，第五輸出端設置為備用連接；本申請涉及但不限于礦用設備，應用本申請能夠?qū)崿F(xiàn)啟動轉(zhuǎn)矩大、起停平穩(wěn)的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電機在各種負載情況下的平滑啟動、調(diào)速、停車等效果，且能夠有效消除機械及電氣沖擊所帶來的損耗，能夠延長設備使用壽命。
【專利說明】
一種礦用隔爆變頻器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及但不限于礦用設備，尤其是一種礦用隔爆變頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，皮帶機和刮板機是現(xiàn)代化煤礦高產(chǎn)高效井下采煤工作面主要設備；上述設備的拖動技術(shù)形式多樣，具體為:調(diào)速型液力偶合器、CST、交流變頻拖動等形式。其中，交流變頻驅(qū)動作為主要的驅(qū)動方式，其具有如下優(yōu)點:控制簡單、啟動特性好、調(diào)速性能好、啟動轉(zhuǎn)距大、節(jié)能、工作可靠且維護量小、價格適中等有益技術(shù)效果。因此，采用無速度傳感器矢量控制的隔爆變頻器能夠滿足目前的井下設備生產(chǎn)要求，該技術(shù)相應也是井下皮帶機刮板機驅(qū)動的主要研究發(fā)展方向。
[0003]目前，井下使用設備電壓一般最高為1140V;然而，隨著井下采煤設備驅(qū)動功率需求越來越大，該等級電壓的驅(qū)動設備已不能較好的滿足使用需要，主要表現(xiàn)為電流過大造成的供電線路電纜過粗，損耗加大，安裝困難等弊端；另外，井下變頻器散熱問題也難以解決。相應的，該電壓等級電機設備容量受到限制，且最大功率一般小于1000KW，也不能滿足井下大容量采礦設備的需要。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型解決的技術(shù)問題是提供一種礦用隔爆變頻器，能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)啟動轉(zhuǎn)矩大、起停平穩(wěn)的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電機在各種負載情況下的平滑啟動、調(diào)速、停車等效果，且能夠有效消除機械及電氣沖擊所帶來的損耗，能夠延長設備使用壽命。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種礦用隔爆變頻器，包括高壓組合防爆開關(guān)組件、多抽頭變壓器組件、變頻器組件;其中，
[0006]所述高壓組合防爆開關(guān)組件設置有第一輸入端、第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端以及第五輸出端;所述第一輸入端設置為連接1KV供電系統(tǒng)，所述第一輸出端設置為提供系統(tǒng)AC380V控制電源，所述第一輸出端連接有高壓熔斷器;所述第二輸出端、第三輸出端以及第四輸出端設置為連接所述多抽頭變壓器組件，所述第五輸出端設置為備用連接；
[0007]所述多抽頭變壓器組件設置有第一多抽頭變壓器、第二多抽頭變壓器以及第三多抽頭變壓器;所述第一多抽頭變壓器的輸入端設置為連接所述第二輸出端，所述第二多抽頭變壓器的輸入端設置為連接所述第三輸出端，所述第三多抽頭變壓器的輸入端設置為連接所述第四輸出端;所述第一多抽頭變壓器的輸出端、第二多抽頭變壓器的輸出端以及第三多抽頭變壓器的輸出端設置為連接所述變頻器組件；
[0008]所述變頻器組件設置有第一變頻器、第二變頻器以及第三變頻器;所述第一變頻器的輸入端設置為連接所述第一多抽頭變壓器的輸出端，所述第二變頻器的輸入端設置為連接所述第二多抽頭變壓器的輸出端，所述第三變頻器的輸入端設置為連接所述第三多抽頭變壓器的輸出端;所述第一變頻器的輸出端、第二變頻器的輸出端以及第三變頻器的輸出端設置為連接負載電機。
[0009]上述礦用隔爆變頻器還可具有如下特點，所述第一多抽頭變壓器、第二多抽頭變壓器以及第三多抽頭變壓器設置有相同的電路結(jié)構(gòu)。
[0010]上述礦用隔爆變頻器還可具有如下特點，所述第一多抽頭變壓器設置有三組三相對稱的二次繞組，每組相差20度相位角。
[0011]上述礦用隔爆變頻器還可具有如下特點，所述第一變頻器、第二變頻器以及第三變頻器設置有相同的電路結(jié)構(gòu)。
[0012]上述礦用隔爆變頻器還可具有如下特點，
[0013]所述第一變頻器設置有九個功率單元;其中，所述九個功率單元設置為三相星型連接結(jié)構(gòu)，所述三相星型連接結(jié)構(gòu)中的每相設置有三個串聯(lián)的所述功率單元。
[0014]上述礦用隔爆變頻器還可具有如下特點，
[0015]所述功率單元設置有整流電路和逆變電路;其中，
[0016]所述整流電路設置為二級管三相橋式整流電路，所述三組三相對稱的二次繞組設置為供電給所述二級管三相橋式整流電路；
[0017]所述逆變電路設置有第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管以及第四晶體管;所述第一晶體管的發(fā)射極與所述第二晶體管的集電極連接，所述第三晶體管的發(fā)射極與所述第四晶體管的集電極連接；
[0018]所述負載電機設置為單相電機，所述單相電機的兩相分別連接至所述第一晶體管的發(fā)射極和所述第三晶體管的發(fā)射極。
[0019]本實用新型上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0020]本技術(shù)方案可通過上述優(yōu)化連接的各個組件，能夠有效克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)啟動轉(zhuǎn)矩大、起停平穩(wěn)的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電機在各種負載情況下的平滑啟動、調(diào)速、停車等效果，且能夠有效消除機械及電氣沖擊所帶來的損耗，能夠延長設備使用壽命O
[0021]本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0022]附圖用來提供對本實用新型技術(shù)方案的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本實用新型的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對本實用新型技術(shù)方案的限制。
[0023]圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本實用新型實施例的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本實用新型功率單元的組合示意圖；
[0026]圖4為本實用新型功率單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0028]結(jié)合圖1、圖2、圖3以及圖4所示，
[0029]本實用新型提供了一種礦用隔爆變頻器，可以包括高壓組合防爆開關(guān)組件、多抽頭變壓器組件、變頻器組件;其中，
[0030]高壓組合防爆開關(guān)組件設置有第一輸入端、第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端以及第五輸出端;第一輸入端設置為連接1KV供電系統(tǒng)，第一輸出端設置為提供系統(tǒng)AC380V控制電源，第一輸出端連接有高壓熔斷器;第二輸出端、第三輸出端以及第四輸出端設置為連接多抽頭變壓器組件，第五輸出端設置為備用連接；
[0031]多抽頭變壓器組件設置有第一多抽頭變壓器、第二多抽頭變壓器以及第三多抽頭變壓器;第一多抽頭變壓器的輸入端設置為連接第二輸出端，第二多抽頭變壓器的輸入端設置為連接第三輸出端，第三多抽頭變壓器的輸入端設置為連接第四輸出端;第一多抽頭變壓器的輸出端、第二多抽頭變壓器的輸出端以及第三多抽頭變壓器的輸出端設置為連接變頻器組件；
[0032]變頻器組件設置有第一變頻器、第二變頻器以及第三變頻器;第一變頻器的輸入端設置為連接第一多抽頭變壓器的輸出端，第二變頻器的輸入端設置為連接第二多抽頭變壓器的輸出端，第三變頻器的輸入端設置為連接第三多抽頭變壓器的輸出端;第一變頻器的輸出端、第二變頻器的輸出端以及第三變頻器的輸出端設置為連接負載電機。
[0033]具體操作中，可通過上述的高壓五組合防爆開關(guān)，實現(xiàn)系統(tǒng)電源開斷的控制，并且提供系統(tǒng)所需的AC380V控制電源;并可通過變頻器組件實現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換并為負載電機提供所需電源。需要說明的是，上述第一變頻器即為圖1中的變頻器I，第二變頻器即為圖1中的變頻器2，第三變頻器即為圖1中的變頻器3。第一多抽頭變壓器、第二多抽頭變壓器以及第三多抽頭變壓器即為圖1中的多抽頭變壓器。
[0034]如圖2所示，
[0035]本技術(shù)方案中的第一多抽頭變壓器、第二多抽頭變壓器以及第三多抽頭變壓器設置有相同的電路結(jié)構(gòu)。其中，第一多抽頭變壓器設置有三組三相對稱的二次繞組，每組相差20度相位角。
[0036]具體操作中，可應用圖2所示的多抽頭變壓器和功率單元組件之間的連接關(guān)系;其中，多抽頭變壓器可以有3組三相對稱的二次繞組，每組相差20度相位角；上述優(yōu)化設計對輸出波形更加有利，且變頻器采用多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出波形很接近正弦波，具有諧波分量小的技術(shù)效果。其中，上述變壓器可設置有輸入電壓AC10KV，并設置有九組18個抽頭，相位角分別是3組+20度。3組O度，3組-20度，每組負邊輸出電壓AC660V，分別為變頻器中的9組功率單元提供電力。
[0037]如圖3所示，
[0038]本技術(shù)方案中的第一變頻器、第二變頻器以及第三變頻器設置有相同的電路結(jié)構(gòu)。其中，第一變頻器設置有九個功率單元;其中，九個功率單元設置為三相星型連接結(jié)構(gòu)，三相星型連接結(jié)構(gòu)中的每相設置有三個串聯(lián)的功率單元。
[0039]具體操作中，可應用圖3所述的功率單元組件之間的連接關(guān)系；將每相由3個圖示所記載的功率單元(單個輸出為660V)串聯(lián)就可以得到1980V單相電壓;進而，通過三相星形聯(lián)接對應的線電壓可為3400V;上述記載的3相連接共設計有9個功率單元。
[0040]結(jié)合圖2、圖4所示，
[0041 ]本技術(shù)方案中的功率單元可以設置有整流電路和逆變電路;其中，整流電路設置為二級管三相橋式整流電路，三組三相對稱的二次繞組設置為供電給二級管三相橋式整流電路;逆變電路設置有第一晶體管V1、第二晶體管V2、第三晶體管V3以及第四晶體管V4;第一晶體管Vl的發(fā)射極與第二晶體管V2的集電極連接，第三晶體管V3的發(fā)射極與第四晶體管V4的集電極連接;負載電機設置為單相電機，單相電機的兩相分別連接至第一晶體管V的發(fā)射極和第三晶體管V3的發(fā)射極。
[0042]具體操作中，可應用圖4所示的功率單元結(jié)構(gòu)示意圖所示的連接關(guān)系;二級管三相橋整流電路可通過多抽頭移相變壓器的一組三相二次繞組供電，且整流后由4只I GBT絕緣柵雙極型晶體管逆變成單相交流輸出；其中，每個單元輸出660V。
[0043]本技術(shù)方案通過高壓組合防爆開關(guān)組件、多抽頭變壓器組件、變頻器組件的優(yōu)化組合設置，能夠完成井下隔爆設計，上述組件主要包括變壓器和變頻控制柜兩大部分，可以使用主從機光纖通訊控制，以及能夠使主從機功率平恒差異小于5 %，機頭傳輸工作面信號做為高低速轉(zhuǎn)換開關(guān)量。根據(jù)就地各種傳感器的數(shù)據(jù)采集，通過PLC與變頻器的密切結(jié)合，實現(xiàn)對整條皮帶工況的最優(yōu)控制;能夠?qū)崿F(xiàn)啟動轉(zhuǎn)矩大、起停平穩(wěn)的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電機在各種負載情況下的平滑啟動、調(diào)速、停車等效果，且能夠有效消除機械及電氣沖擊所帶來的損耗，能夠延長設備使用壽命。
[0044]本實用新型中提供的上述技術(shù)方案，具體為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控制柜(以下簡稱控制柜)可適用于交流50Hz、電壓3300V容量1000KW以上三相交流電動機的調(diào)速控制，具有啟動轉(zhuǎn)矩大、起停平穩(wěn)等特點，能實現(xiàn)交流電機在各種負載情況下的平滑啟動等功能，徹底消除機械及電氣沖擊。同時該變頻器還具有工作狀態(tài)屏幕顯示，過載、過電壓、欠電壓、缺相、過熱、漏電閉鎖等多種保護功能。具體可以具有如下特點:
[0045]1、控制柜為電壓源型高-高變頻器。采用雙DSP控制，無需工控機，可靠性高，速度高達納秒級，比工業(yè)控機的響應速度快1000倍，杜絕了變頻器死機問題。
[0046]2、采用12脈沖整流及空間矢量多重化PffM技術(shù)，直接驅(qū)動電動機，無需輸出升壓變壓器。輸出電平數(shù)非常多，dv/dt很小，輸出波形接近正弦波，無需正弦波濾波器，電機運行平穩(wěn)。
[0047]3、具有PffM控制波形與逆變輸出波形實時驗證功能，提高了輸出波形的準確性，增強了系統(tǒng)無故障的運行能力。
[0048]4、變頻器輸出轉(zhuǎn)矩脈沖窄，控制精度高，避免了機械共振，減少傳動機構(gòu)的磨損，電動機的電應力強度與采用工頻電源時相近，無明顯附加影響，電動機噪聲與采用工頻供電時相近。
[0049]5、輸入采用多重化的切分變壓器，絕緣等級H級，原副邊之間采取接地屏蔽措施，并提供變壓器過熱告警、保護功能，130°C告警，150°C故障跳閘，告警與故障點可設定。
[0050]6、完善的自我診斷和故障預警機制，上電自檢，運行中實時監(jiān)測，檢測速度高。通過雙DSP系統(tǒng)，實現(xiàn)納秒級運算并進行綜合判斷，分析準確，減少變頻器誤報警。故障的自診斷及保護功能相當完備，對電網(wǎng)和負荷有很強的適應性。[0051 ] 7、采用實時光纖傳送技術(shù)，對功率單元進行控制;可以提供GPRS遠程監(jiān)控功能，高壓變頻器的運行數(shù)據(jù)可以通過GPRS傳輸?shù)奖镜胤掌魃巷@示、處理、存儲，也可以進行遠程故障診斷，在必要時操作員可以開起遠程操控功能。變頻器發(fā)生短路、接地、過流、過載、過壓、欠壓、過熱等情況時，系統(tǒng)均能及時告警或保護。
[0052]8、控制柜為單驅(qū)控制柜，多臺使用可通過通訊實現(xiàn)多驅(qū)運行時的主從控制，主機按設定轉(zhuǎn)速運行，從機依主機運行功率自動調(diào)節(jié)，以達到多臺運行電機的功率平衡;滿足刮板機皮帶機等設備的多驅(qū)運行。
[0053]相應的，本技術(shù)方案中的各個參數(shù)如下:
[0054]額定輸入電壓:多抽頭移相變壓器設計最高1KV
[0055]輸入電壓范圍:-10%?+10%
[0056]額定輸入頻率:50Hz
[0057]輸入功率因數(shù):彡0.95
[0058]整機輸入效率:彡96%
[0059 ]輸入電流總相對諧波言量(THD): > 5 %
[0060] 輸出額定渝出電壓:3.3kV[0061 ] 輸出頻率范圍:5-50Ηζ.
[0062]輸出頻率分辨率:0.0lHz
[0063]輸出頒率穩(wěn)定精富:-0.1%?+0.1%
[0064]額定輸出功率:3.3kV，800-1600kff
[0065]輸出電壓總相對諧波言量(THD): >5%
[0066]過載能力:120% I分鐘，180%立即保護
[0067]加減速時間:0.1-3200秒，可設定
[0068]診斷:開機自檢，運行中實時檢測診斷
[0069]環(huán)境溫度:0-40 Γ
[0070]相對濕度:最高90%無凝露
[0071]海拔高度:不超過1000米
[0072]防護等級:符合EXd，煤安防爆標準
[0073]冷卻方式:水冷
[0074]人機界面:觸摸屏
[0075]本技術(shù)方案在實際應用中，能夠有效適應煤炭生產(chǎn)重型工作面裝備、皮帶連續(xù)運輸系統(tǒng)的軟起動調(diào)速的需求達到節(jié)能減排，延長刮板鏈使用壽命，減少對刮板鏈的沖擊，減少設備的中間環(huán)節(jié)，提供了一種電氣解決方案。根據(jù)測算，采用該項目皮帶刮板機驅(qū)動系統(tǒng)系統(tǒng)，總的維護保養(yǎng)費用，至少可節(jié)省系統(tǒng)投資總額20%的維修費用。
[0076]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明白，雖然本實用新型所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容僅為便于理解本實用新型而采用的實施方式，并非用以限定本實用新型。任何本實用新型所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式及細節(jié)上進行任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種礦用隔爆變頻器，其特征在于，包括高壓組合防爆開關(guān)組件、多抽頭變壓器組件、變頻器組件;其中， 所述高壓組合防爆開關(guān)組件設置有第一輸入端、第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端、第四輸出端以及第五輸出端;所述第一輸入端設置為連接1kV供電系統(tǒng)，所述第一輸出端設置為提供系統(tǒng)AC380V控制電源，所述第一輸出端連接有高壓熔斷器;所述第二輸出端、第三輸出端以及第四輸出端設置為連接所述多抽頭變壓器組件，所述第五輸出端設置為備用連接； 所述多抽頭變壓器組件設置有第一多抽頭變壓器、第二多抽頭變壓器以及第三多抽頭變壓器;所述第一多抽頭變壓器的輸入端設置為連接所述第二輸出端，所述第二多抽頭變壓器的輸入端設置為連接所述第三輸出端，所述第三多抽頭變壓器的輸入端設置為連接所述第四輸出端;所述第一多抽頭變壓器的輸出端、第二多抽頭變壓器的輸出端以及第三多抽頭變壓器的輸出端設置為連接所述變頻器組件； 所述變頻器組件設置有第一變頻器、第二變頻器以及第三變頻器;所述第一變頻器的輸入端設置為連接所述第一多抽頭變壓器的輸出端，所述第二變頻器的輸入端設置為連接所述第二多抽頭變壓器的輸出端，所述第三變頻器的輸入端設置為連接所述第三多抽頭變壓器的輸出端;所述第一變頻器的輸出端、第二變頻器的輸出端以及第三變頻器的輸出端設置為連接負載電機。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用隔爆變頻器，其特征在于，所述第一多抽頭變壓器、第二多抽頭變壓器以及第三多抽頭變壓器設置有相同的電路結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用隔爆變頻器，其特征在于，所述第一多抽頭變壓器設置有三組三相對稱的二次繞組，每組相差20度相位角。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用隔爆變頻器，其特征在于，所述第一變頻器、第二變頻器以及第三變頻器設置有相同的電路結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用隔爆變頻器，其特征在于， 所述第一變頻器設置有九個功率單元;其中，所述九個功率單元設置為三相星型連接結(jié)構(gòu)，所述三相星型連接結(jié)構(gòu)中的每相設置有三個串聯(lián)的所述功率單元。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的礦用隔爆變頻器，其特征在于， 所述功率單元設置有整流電路和逆變電路;其中， 所述整流電路設置為二級管三相橋式整流電路，所述三組三相對稱的二次繞組設置為供電給所述二級管三相橋式整流電路； 所述逆變電路設置有第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管以及第四晶體管;所述第一晶體管的發(fā)射極與所述第二晶體管的集電極連接，所述第三晶體管的發(fā)射極與所述第四晶體管的集電極連接； 所述負載電機設置為單相電機，所述單相電機的兩相分別連接至所述第一晶體管的發(fā)射極和所述第三晶體管的發(fā)射極。
【文檔編號】H02M5/458GK205596024SQ201620363105
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】丁伯中
【申請人】北京山潛天恒科技有限公司