一种矿用隔爆变频器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用隔爆变频器，包括高压组合防爆开关组件、多抽头变压器组件、变频器组件；其中，高压组合防爆开关组件设置有第一输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端以及第五输出端；第一输入端设置为连接10KV供电系统，第一输出端设置为提供系统AC380V控制电源，第一输出端连接有高压熔断器；第二输出端、第三输出端以及第四输出端设置为连接多抽头变压器组件，第五输出端设置为备用连接；本申请涉及但不限于矿用设备，应用本申请能够实现启动转矩大、起停平稳的效果，能够实现交流电机在各种负载情况下的平滑启动、调速、停车等效果，且能够有效消除机械及电气冲击所带来的损耗，能够延长设备使用寿命。
【专利说明】
一种矿用隔爆变频器
技术领域
[0001]本实用新型涉及但不限于矿用设备，尤其是一种矿用隔爆变频器。
【背景技术】
[0002]现有技术中，皮带机和刮板机是现代化煤矿高产高效井下采煤工作面主要设备；上述设备的拖动技术形式多样，具体为:调速型液力偶合器、CST、交流变频拖动等形式。其中，交流变频驱动作为主要的驱动方式，其具有如下优点:控制简单、启动特性好、调速性能好、启动转距大、节能、工作可靠且维护量小、价格适中等有益技术效果。因此，采用无速度传感器矢量控制的隔爆变频器能够满足目前的井下设备生产要求，该技术相应也是井下皮带机刮板机驱动的主要研究发展方向。
[0003]目前，井下使用设备电压一般最高为1140V;然而，随着井下采煤设备驱动功率需求越来越大，该等级电压的驱动设备已不能较好的满足使用需要，主要表现为电流过大造成的供电线路电缆过粗，损耗加大，安装困难等弊端；另外，井下变频器散热问题也难以解决。相应的，该电压等级电机设备容量受到限制，且最大功率一般小于1000KW，也不能满足井下大容量采矿设备的需要。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型解决的技术问题是提供一种矿用隔爆变频器，能够有效克服现有技术中存在的缺陷，能够实现启动转矩大、起停平稳的效果，能够实现交流电机在各种负载情况下的平滑启动、调速、停车等效果，且能够有效消除机械及电气冲击所带来的损耗，能够延长设备使用寿命。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种矿用隔爆变频器，包括高压组合防爆开关组件、多抽头变压器组件、变频器组件;其中，
[0006]所述高压组合防爆开关组件设置有第一输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端以及第五输出端;所述第一输入端设置为连接1KV供电系统，所述第一输出端设置为提供系统AC380V控制电源，所述第一输出端连接有高压熔断器;所述第二输出端、第三输出端以及第四输出端设置为连接所述多抽头变压器组件，所述第五输出端设置为备用连接；
[0007]所述多抽头变压器组件设置有第一多抽头变压器、第二多抽头变压器以及第三多抽头变压器;所述第一多抽头变压器的输入端设置为连接所述第二输出端，所述第二多抽头变压器的输入端设置为连接所述第三输出端，所述第三多抽头变压器的输入端设置为连接所述第四输出端;所述第一多抽头变压器的输出端、第二多抽头变压器的输出端以及第三多抽头变压器的输出端设置为连接所述变频器组件；
[0008]所述变频器组件设置有第一变频器、第二变频器以及第三变频器;所述第一变频器的输入端设置为连接所述第一多抽头变压器的输出端，所述第二变频器的输入端设置为连接所述第二多抽头变压器的输出端，所述第三变频器的输入端设置为连接所述第三多抽头变压器的输出端;所述第一变频器的输出端、第二变频器的输出端以及第三变频器的输出端设置为连接负载电机。
[0009]上述矿用隔爆变频器还可具有如下特点，所述第一多抽头变压器、第二多抽头变压器以及第三多抽头变压器设置有相同的电路结构。
[0010]上述矿用隔爆变频器还可具有如下特点，所述第一多抽头变压器设置有三组三相对称的二次绕组，每组相差20度相位角。
[0011]上述矿用隔爆变频器还可具有如下特点，所述第一变频器、第二变频器以及第三变频器设置有相同的电路结构。
[0012]上述矿用隔爆变频器还可具有如下特点，
[0013]所述第一变频器设置有九个功率单元;其中，所述九个功率单元设置为三相星型连接结构，所述三相星型连接结构中的每相设置有三个串联的所述功率单元。
[0014]上述矿用隔爆变频器还可具有如下特点，
[0015]所述功率单元设置有整流电路和逆变电路;其中，
[0016]所述整流电路设置为二级管三相桥式整流电路，所述三组三相对称的二次绕组设置为供电给所述二级管三相桥式整流电路；
[0017]所述逆变电路设置有第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管;所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的集电极连接，所述第三晶体管的发射极与所述第四晶体管的集电极连接；
[0018]所述负载电机设置为单相电机，所述单相电机的两相分别连接至所述第一晶体管的发射极和所述第三晶体管的发射极。
[0019]本实用新型上述技术方案具有如下有益效果:
[0020]本技术方案可通过上述优化连接的各个组件，能够有效克服现有技术中存在的缺陷，能够实现启动转矩大、起停平稳的效果，能够实现交流电机在各种负载情况下的平滑启动、调速、停车等效果，且能够有效消除机械及电气冲击所带来的损耗，能够延长设备使用寿命O
[0021]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0022]附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
[0023]图1为本实用新型实施例的结构示意图；
[0024]图2为本实用新型实施例的局部结构示意图；
[0025]图3为本实用新型功率单元的组合示意图；
[0026]图4为本实用新型功率单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0028]结合图1、图2、图3以及图4所示，
[0029]本实用新型提供了一种矿用隔爆变频器，可以包括高压组合防爆开关组件、多抽头变压器组件、变频器组件;其中，
[0030]高压组合防爆开关组件设置有第一输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端以及第五输出端;第一输入端设置为连接1KV供电系统，第一输出端设置为提供系统AC380V控制电源，第一输出端连接有高压熔断器;第二输出端、第三输出端以及第四输出端设置为连接多抽头变压器组件，第五输出端设置为备用连接；
[0031]多抽头变压器组件设置有第一多抽头变压器、第二多抽头变压器以及第三多抽头变压器;第一多抽头变压器的输入端设置为连接第二输出端，第二多抽头变压器的输入端设置为连接第三输出端，第三多抽头变压器的输入端设置为连接第四输出端;第一多抽头变压器的输出端、第二多抽头变压器的输出端以及第三多抽头变压器的输出端设置为连接变频器组件；
[0032]变频器组件设置有第一变频器、第二变频器以及第三变频器;第一变频器的输入端设置为连接第一多抽头变压器的输出端，第二变频器的输入端设置为连接第二多抽头变压器的输出端，第三变频器的输入端设置为连接第三多抽头变压器的输出端;第一变频器的输出端、第二变频器的输出端以及第三变频器的输出端设置为连接负载电机。
[0033]具体操作中，可通过上述的高压五组合防爆开关，实现系统电源开断的控制，并且提供系统所需的AC380V控制电源;并可通过变频器组件实现频率的转换并为负载电机提供所需电源。需要说明的是，上述第一变频器即为图1中的变频器I，第二变频器即为图1中的变频器2，第三变频器即为图1中的变频器3。第一多抽头变压器、第二多抽头变压器以及第三多抽头变压器即为图1中的多抽头变压器。
[0034]如图2所示，
[0035]本技术方案中的第一多抽头变压器、第二多抽头变压器以及第三多抽头变压器设置有相同的电路结构。其中，第一多抽头变压器设置有三组三相对称的二次绕组，每组相差20度相位角。
[0036]具体操作中，可应用图2所示的多抽头变压器和功率单元组件之间的连接关系;其中，多抽头变压器可以有3组三相对称的二次绕组，每组相差20度相位角；上述优化设计对输出波形更加有利，且变频器采用多重化的脉宽调制技术，输出波形很接近正弦波，具有谐波分量小的技术效果。其中，上述变压器可设置有输入电压AC10KV，并设置有九组18个抽头，相位角分别是3组+20度。3组O度，3组-20度，每组负边输出电压AC660V，分别为变频器中的9组功率单元提供电力。
[0037]如图3所示，
[0038]本技术方案中的第一变频器、第二变频器以及第三变频器设置有相同的电路结构。其中，第一变频器设置有九个功率单元;其中，九个功率单元设置为三相星型连接结构，三相星型连接结构中的每相设置有三个串联的功率单元。
[0039]具体操作中，可应用图3所述的功率单元组件之间的连接关系；将每相由3个图示所记载的功率单元(单个输出为660V)串联就可以得到1980V单相电压;进而，通过三相星形联接对应的线电压可为3400V;上述记载的3相连接共设计有9个功率单元。
[0040]结合图2、图4所示，
[0041 ]本技术方案中的功率单元可以设置有整流电路和逆变电路;其中，整流电路设置为二级管三相桥式整流电路，三组三相对称的二次绕组设置为供电给二级管三相桥式整流电路;逆变电路设置有第一晶体管V1、第二晶体管V2、第三晶体管V3以及第四晶体管V4;第一晶体管Vl的发射极与第二晶体管V2的集电极连接，第三晶体管V3的发射极与第四晶体管V4的集电极连接;负载电机设置为单相电机，单相电机的两相分别连接至第一晶体管V的发射极和第三晶体管V3的发射极。
[0042]具体操作中，可应用图4所示的功率单元结构示意图所示的连接关系;二级管三相桥整流电路可通过多抽头移相变压器的一组三相二次绕组供电，且整流后由4只I GBT绝缘栅双极型晶体管逆变成单相交流输出；其中，每个单元输出660V。
[0043]本技术方案通过高压组合防爆开关组件、多抽头变压器组件、变频器组件的优化组合设置，能够完成井下隔爆设计，上述组件主要包括变压器和变频控制柜两大部分，可以使用主从机光纤通讯控制，以及能够使主从机功率平恒差异小于5 %，机头传输工作面信号做为高低速转换开关量。根据就地各种传感器的数据采集，通过PLC与变频器的密切结合，实现对整条皮带工况的最优控制;能够实现启动转矩大、起停平稳的效果，能够实现交流电机在各种负载情况下的平滑启动、调速、停车等效果，且能够有效消除机械及电气冲击所带来的损耗，能够延长设备使用寿命。
[0044]本实用新型中提供的上述技术方案，具体为矿用隔爆兼本质安全型变频控制柜(以下简称控制柜)可适用于交流50Hz、电压3300V容量1000KW以上三相交流电动机的调速控制，具有启动转矩大、起停平稳等特点，能实现交流电机在各种负载情况下的平滑启动等功能，彻底消除机械及电气冲击。同时该变频器还具有工作状态屏幕显示，过载、过电压、欠电压、缺相、过热、漏电闭锁等多种保护功能。具体可以具有如下特点:
[0045]1、控制柜为电压源型高-高变频器。采用双DSP控制，无需工控机，可靠性高，速度高达纳秒级，比工业控机的响应速度快1000倍，杜绝了变频器死机问题。
[0046]2、采用12脉冲整流及空间矢量多重化PffM技术，直接驱动电动机，无需输出升压变压器。输出电平数非常多，dv/dt很小，输出波形接近正弦波，无需正弦波滤波器，电机运行平稳。
[0047]3、具有PffM控制波形与逆变输出波形实时验证功能，提高了输出波形的准确性，增强了系统无故障的运行能力。
[0048]4、变频器输出转矩脉冲窄，控制精度高，避免了机械共振，减少传动机构的磨损，电动机的电应力强度与采用工频电源时相近，无明显附加影响，电动机噪声与采用工频供电时相近。
[0049]5、输入采用多重化的切分变压器，绝缘等级H级，原副边之间采取接地屏蔽措施，并提供变压器过热告警、保护功能，130°C告警，150°C故障跳闸，告警与故障点可设定。
[0050]6、完善的自我诊断和故障预警机制，上电自检，运行中实时监测，检测速度高。通过双DSP系统，实现纳秒级运算并进行综合判断，分析准确，减少变频器误报警。故障的自诊断及保护功能相当完备，对电网和负荷有很强的适应性。[0051 ] 7、采用实时光纤传送技术，对功率单元进行控制;可以提供GPRS远程监控功能，高压变频器的运行数据可以通过GPRS传输到本地服务器上显示、处理、存储，也可以进行远程故障诊断，在必要时操作员可以开起远程操控功能。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时，系统均能及时告警或保护。
[0052]8、控制柜为单驱控制柜，多台使用可通过通讯实现多驱运行时的主从控制，主机按设定转速运行，从机依主机运行功率自动调节，以达到多台运行电机的功率平衡;满足刮板机皮带机等设备的多驱运行。
[0053]相应的，本技术方案中的各个参数如下:
[0054]额定输入电压:多抽头移相变压器设计最高1KV
[0055]输入电压范围:-10%?+10%
[0056]额定输入频率:50Hz
[0057]输入功率因数:彡0.95
[0058]整机输入效率:彡96%
[0059 ]输入电流总相对谐波言量(THD): > 5 %
[0060] 输出额定渝出电压:3.3kV[0061 ] 输出频率范围:5-50Ηζ.
[0062]输出频率分辨率:0.0lHz
[0063]输出颁率稳定精富:-0.1%?+0.1%
[0064]额定输出功率:3.3kV，800-1600kff
[0065]输出电压总相对谐波言量(THD): >5%
[0066]过载能力:120% I分钟，180%立即保护
[0067]加减速时间:0.1-3200秒，可设定
[0068]诊断:开机自检，运行中实时检测诊断
[0069]环境温度:0-40 Γ
[0070]相对湿度:最高90%无凝露
[0071]海拔高度:不超过1000米
[0072]防护等级:符合EXd，煤安防爆标准
[0073]冷却方式:水冷
[0074]人机界面:触摸屏
[0075]本技术方案在实际应用中，能够有效适应煤炭生产重型工作面装备、皮带连续运输系统的软起动调速的需求达到节能减排，延长刮板链使用寿命，减少对刮板链的冲击，减少设备的中间环节，提供了一种电气解决方案。根据测算，采用该项目皮带刮板机驱动系统系统，总的维护保养费用，至少可节省系统投资总额20%的维修费用。
[0076]本领域的技术人员应该明白，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
【主权项】
1.一种矿用隔爆变频器，其特征在于，包括高压组合防爆开关组件、多抽头变压器组件、变频器组件;其中， 所述高压组合防爆开关组件设置有第一输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端以及第五输出端;所述第一输入端设置为连接1kV供电系统，所述第一输出端设置为提供系统AC380V控制电源，所述第一输出端连接有高压熔断器;所述第二输出端、第三输出端以及第四输出端设置为连接所述多抽头变压器组件，所述第五输出端设置为备用连接； 所述多抽头变压器组件设置有第一多抽头变压器、第二多抽头变压器以及第三多抽头变压器;所述第一多抽头变压器的输入端设置为连接所述第二输出端，所述第二多抽头变压器的输入端设置为连接所述第三输出端，所述第三多抽头变压器的输入端设置为连接所述第四输出端;所述第一多抽头变压器的输出端、第二多抽头变压器的输出端以及第三多抽头变压器的输出端设置为连接所述变频器组件； 所述变频器组件设置有第一变频器、第二变频器以及第三变频器;所述第一变频器的输入端设置为连接所述第一多抽头变压器的输出端，所述第二变频器的输入端设置为连接所述第二多抽头变压器的输出端，所述第三变频器的输入端设置为连接所述第三多抽头变压器的输出端;所述第一变频器的输出端、第二变频器的输出端以及第三变频器的输出端设置为连接负载电机。2.根据权利要求1所述的矿用隔爆变频器，其特征在于，所述第一多抽头变压器、第二多抽头变压器以及第三多抽头变压器设置有相同的电路结构。3.根据权利要求2所述的矿用隔爆变频器，其特征在于，所述第一多抽头变压器设置有三组三相对称的二次绕组，每组相差20度相位角。4.根据权利要求3所述的矿用隔爆变频器，其特征在于，所述第一变频器、第二变频器以及第三变频器设置有相同的电路结构。5.根据权利要求4所述的矿用隔爆变频器，其特征在于， 所述第一变频器设置有九个功率单元;其中，所述九个功率单元设置为三相星型连接结构，所述三相星型连接结构中的每相设置有三个串联的所述功率单元。6.根据权利要求5所述的矿用隔爆变频器，其特征在于， 所述功率单元设置有整流电路和逆变电路;其中， 所述整流电路设置为二级管三相桥式整流电路，所述三组三相对称的二次绕组设置为供电给所述二级管三相桥式整流电路； 所述逆变电路设置有第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管;所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的集电极连接，所述第三晶体管的发射极与所述第四晶体管的集电极连接； 所述负载电机设置为单相电机，所述单相电机的两相分别连接至所述第一晶体管的发射极和所述第三晶体管的发射极。
【文档编号】H02M5/458GK205596024SQ201620363105
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】丁伯中
【申请人】北京山潜天恒科技有限公司