适用于双速电机的矿用隔爆兼本质安全型交流变频系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于双速电机的矿用隔爆兼本质安全型交流变频系统，属于矿用刮板输送机用变频调速装置技术领域。
【背景技术】
[0002]随着电气传动领域发生重大的技术变革，交流调速技术获得了飞速发展，变频控制方式具有良好的调速特性和节能效果。变频器由初期的变压变频(VVVF)调速方案，到目前的矢量、直接转矩控制方案，使变频控制不仅具有稳态的控制特性，而且具有良好的动态性能，可以与直流调速系统相媲美，不仅解决了风机、栗类等负载的拖动，而且也解决了带式输送机、刮板输送机、绞车、提升机等低速大扭矩等场合的控制。采用变频调速技术，可以解决:①节能问题；②设备的高精度转矩控制；③净化环境，安全生产的问题。由于煤矿井下具有爆炸性气体的特殊环境，通用变频器不允许直接下井使用，因此，设计研制防爆变频器非常关键。
[0003]鉴于历史的原因及我国煤矿实际情况，煤矿电压等级为380V、660V和1140 V，其所有设备都是围绕这几种电压。随着煤炭产量的提高，大功率的采、掘、运设备不断增加，其电压等级也逐步升高。目前已有6kV和10kV直接进综采高产高效工作面或掘、锚一体化的工作线。虽然电压逐步在升高，但大部分设备的电压还是在1140V以下，这些设备占煤矿总设备的96%左右，目前正是这96%的设备电机的控制需要改造。根据我国煤炭工业的现状和发展趋势，目前矿山(尤其是国有大矿)综采工作面大多数以1140V作为井下供电系统的主导电压，大巷设备采用660V供电，为此，防爆变频器电压应选用660V、1140V两个电压等级。考虑近几年矿山机电设备的发展趋势，带式输送机、刮板输送机、给煤机、通风机、水栗及油栗等设备都有选配变频控制器的趋势。
[0004]由于国外没有防爆变频器，也没有1140V的电压等级，而且国外把1000V?3 000V以上的电压等级归入中压，故给国内煤矿用户的选型带来一定的困难，加上煤矿井下环境恶劣，有甲烷等爆炸性气体和煤尘存在，终因防爆散热问题得不到解决，使变频器在煤矿井下使用受到限制。
[0005]随着新材料、新技术的不断发展，散热技术日趋完善，煤矿井下用变频器的散热问题已能得到解决。为此，集变频调速技术、散热技术、电气技术、防爆技术和环保技术为一体的煤矿井下用防爆交流变频器必将受到煤矿的青睐。
[0006]刮板输送机具有工作环境恶劣、负载变化大、停机随机性等特点，也引起了难启动的问题。当刮板输送机带载启动时，启动电流是额定电流的6~8倍，造成电网冲击，电网电压下降，影响刮板输送机的启动性能，影响电网上其它设备的正常运行，引发控制设备发热、过流等问题，同时还会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命；且在起动、运行过程中存在堵转情况，需频繁起停、频繁换向。另外，刮板输送机运行时，存在大量空载、轻载运行情况，造成电能浪费，产生机械磨损；停机时，传动系统为松驰状态，各个环节都有一定的间隙，启动瞬间施以较大的启动转矩，在克服间隙的过程中，对整个传动系统造成强大的机械冲击，容易引起断链等事故，材料消耗大。当多机拖动时，还存在功率不平衡问题，刮板输送机的以上种种特殊性限制了常用变频装置或变频器在刮板输送机上的应用及推广。
【发明内容】
[0007]为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种结构简单、合理，有效提高刮板输送机运行稳定性，延长使用寿命的适用于双速电机的矿用隔爆兼本质安全型交流变频系统。
[0008]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为适用于双速电机的矿用隔爆兼本质安全型交流变频系统，包括:隔离开关、高速回路、低速回路和异步电机，输入电源经隔离开关、高速回路与异步电机相连接，所述低速回路并联在高速回路上，所述高速回路主要由进线滤波回路、整流回路、逆变回路和出线滤波回路构成，所述进线滤波回路的输入端设置有输入真空接触器，进线滤波回路的输出端通过电抗线圈与整流回路的输入端相连接，所述整流回路的输出端通过电容与逆变回路的输入端相连接，所述逆变回路的输出端与出线滤波回路的输入端相连接，所述出线滤波回路的输出端设置有输出真空接触器；
所述电容上还连接有预充电回路，所述预充电回路主要由控制开关和功率电阻构成，所述控制开关的进线接线端与输入真空接触器的进线接线端相连接，所述控制开关的出线接线端通过功率电阻与整流回路的输入端相连接；
所述低速回路包括低速回路接触器，所述隔离开关的出线接线端通过低速回路接触器与异步电机相连接。
[0009]优选的，所述异步电机上还设置有漏电闭锁保护电路，所述漏电闭锁保护电路分别与高速回路、低速回路相连接。
[0010]优选的，还包括PLC控制器和变频主控模块，所述变频主控模块通过驱动电路与逆变回路相连接，所述变频主控模块与接口板相连接，所述接口板上连接有控制盘，所述接口板通过Modbus通讯模块与PLC控制器通讯连接，所述PLC控制器上连接有操作按键和显示器。
[0011]优选的，所述逆变回路是由GT0半导体器件、GTR半导体器件或IGBT半导体器件组成的三相逆变。
[0012]优选的，所述电容采用薄膜电容。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:本发明把工频电源通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用正弦脉宽调制方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速；并且安全、可靠，有效提高刮板输送机的运行稳定性，延长刮板输送机的使用寿命。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]如图1所示，适用于双速电机的矿用隔爆兼本质安全型交流变频系统，包括:隔离开关1、高速回路2、低速回路3和异步电机4，输入电源经隔离开关1、高速回路2与异步电机4相连接，低速回路3并联在高速回路2上，高速回路2主要由进线滤波回路5、整流回路6、逆变回路7和出线滤波回路8构成，进线滤波回路5的输入端设置有输入真空接触器9，进线滤波回路5的输出端通过电抗线圈10与整流回路6的输入端相连接，整流回路6的输出端通过电容11与逆变回路7的输入端相连接，电容11采用薄膜电容，逆变回路7的输出端与出线滤波回路8的输入端相连接，出线滤波回路8的输出端设置有输出真空接触器12 ;电容11上还连接有预充电回路13，预充电回路13主要由控制开关14和功率电阻15构成，控制开关14的进线接线端与输入真空接触器9的进线接线端相连接，控制开关14的出线接线端通过功率电阻15与整流回路6的输入端相连接；低速回路3包括低速回路接触器16，隔离开关1的出线接线端通过低速回路接触器16与异步电机4相连接，逆变回路7是由GT0半导体器件、GTR半导体器件或IGBT半导体器件组成的三相逆变，异步电机4上还设置有漏电闭锁保护电路17，漏电闭锁保护电路17分别与高速回路2、低速回路3相连接。
[0017]此外，还包括PLC控制器18和变频主控模块19，变频主控模块19通过驱动电路与逆变回路7相连接，变频主控模块19与接口板20相连接，接口板20上连接有控制盘21，接口板20通过Modbus通讯模块与PLC控制器18通讯连接，PLC控制器18上连接有操作按键22和显示器23。
[0018]其工作原理如下:
a、尚速回路
隔离开关、输入真空接触器、输出真空接触器，隔离开关可以在需要时方便设备检修，输出真空接触器确保了变频器在不工作时与负载可靠分断。
[0019]b、预充电回路
辅助充电接触器在系统上电时先通过两个充电电阻对直流支撑电容进行充电，充电完成后切换至主回路输入接触器。直流回路并接功率电阻，系统掉电后，电容上的剩余的电能可以通过此电阻进行放电，并保证在10分钟内放电至安全电压。
[0020]c、整流回路
整流器是将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波。一