焦作华飞电子高压变频器在矿井

高压变频器在矿井提升机上的应用

一、引言

在矿山企业的生产中，矿井提升机担负着提煤、运料、运人的繁重任务，在整个生产中占据着比较重要的位置。华飞电子电器股份有限公司根据煤矿提升机的要求，在研制提升机变频器方面作了相当大的努力。通过不断地技术探索和研究，成功地开发了矿山提升机高压变频器。

矿山提升机高压变频器，是焦作华飞电子根据煤矿机电设备的改造要求，结合提升机的运行特点，在普通变频器基础上研制生产的一种新型专用产品。该类变频器最显著的特点是要求四象限运行，能够正确合理地处理重物下放及急停情况下的能量回馈问题，这也是这类变频器的重点及难点。公司技术人员根据这一特点，采用回馈制动技术，将能量直接送回电网的方式，成功解决了这一难题。

该产品在多个矿山主、副井（功率范围涵盖了250kW~800kW）使用后，提升机运行平稳可靠，节能方面也取得了良好的效益，深受用户的青睐与好评。

下面以焦煤集团其中一个矿山主、副井改造为例，介绍一下高压变频器在矿山提升机上的应用。

1、原调速系统简介

该煤矿提升机绞车采用绕线式异步电动机，转子串电阻的方式调速。这种调速方式在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，特别在负载变动时很难实现恒减速控制，经常会造成过放和过卷事故；提升机频繁的启动和制动工作过程会使转子串电阻调速产生相当大的能耗；转子串电阻调速控制电路复杂，接触器、电阻器、绕线电机电刷等容易损坏，影响生产效益。

2、焦作华飞电子生产的GBP-H-06/315提升机高压变频器

结合现场情况，焦作华飞电子为该矿主、副井提升机绞车均配备了GBP-H-06/315（315kW）型高压变频调速器。以下是对GBP-H-06/315型高压变频调速器的一些介绍。

3、GBP-H-06/315型高压提升变频调速器简介

GBP-H-06/315型高压提升变频调速器采用先进的功率单元串联叠波技术，有源逆变能量回馈技术，新颖的全中文操作界面，可靠性高，性能优越，操作简便。可应用于需要四象限运行、带能量反馈、动态响应快、低速运行转矩大等高精度场合。即可用于新矿井安装，也可用于老矿井改造。

4、系统主电路

GBP-H-06/315型高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT，由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6kV。 GBP-H-06/315型高压变频器采用若干个功率单元相互串联的方式，叠波升压，最终直接高压输出。

GBP-H-06/315型高压变频器输入侧隔离变压器原边直接与高压相连，副边有18个绕组，经过降压移相，分别为18个功率单元提供AC 580V电源。对于6kV 高压变频器而言，相当于36脉冲整流输入，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。所以GBP-H-06/315型高压变频器输入电流的总谐波含量（THD）远远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。图1为GBP-H-06/315型高压变频器主电路图。

图1 GBP-H-06/315型高压变频器主电路图

5、功率单元电路

GBP-H-06/315型高压变频器的功率单元为先进的交-直-交双向逆变电路，主结构电路图如图2所示。输入电源端R、S、T接电抗器的三相低压输出，通过三相IGBT整流桥进行全波整流，为直流环节滤波电容充电，通过对由IGBT组成的H型桥式电路进行正弦PWM控制实现单相逆变。当电机处于发电状态时，H型桥式电路的二极管除完成续流外，又起全波整流，使电机发电能量转移到滤波电容中，从而导致直流母线电压升高，当母线电压达到有源逆变起动的门槛电压时，电源自动起动有源逆变，对三相IGBT桥进行SPWM逆变，将电机及其负载的机械能转化为电能，回馈到电网中去。

图2 功率单元主回路图

6、GBP-H-06/315型高压提升变频调速器主要技术性能

6.1高-高电压源型变频器，直接6KV输入，直接6KV输出，无须任何输出变压器或滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。

6.2 输入功率因数高，电流谐波小，无需功率因数补偿、谐波抑制装置。

6.3 单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。

6.4 输出阶梯正弦PWM波形。

6.5冷却风机采用高压主电源降压后直接驱动，风机仅在上高压电后运行，避免了冷却风机启、停时对控制系统的干扰。

6.6可满足电动机的四象限工作要求。

6.7高压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，安全可靠。

6.8完善的故障检测、精确的故障保护及准确的定位显示和报警。

6.9完善的保护和自诊断功能：包括过压保护、缺相保护、过流保护、欠压保护、功率器件过热保护、变压器过热保护、电机过载、过流保护、负载设备监控、保护等。

6.10内置PLC，易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制/远程控制，适应现场多变需求。

6.11功率单元工作电源为高压开关电源，直接取自单元内部电容，避免了主

回路瞬时掉电对单元的影响。

6.12采用载波移相控制技术，大大抑制了输出电压的谐波成分，保证输出波形是完美正弦波。

6.13系统控制电源采用AC220V和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行更可靠，操作更简便。

6.14采用准优化SPWM调制技术，电压利用率高。功率单元经24小时高温老化、150％负载试验，可靠性高。

6.15操作平台采用全中文系统，运行稳定，易学易用。

二、系统改造

为了确保安全可靠，让变频调速系统与原调速系统并存，互为备用，随时可以切换。同时为了让操作者不改变操作习惯，工、变频系统都用原操作机构操作。示意图如图3所示：

图3 工、变频系统切换控制示意图

1、现场应用情况及运行效果

设备改造工程于2008年12月调试成功。使用变频器后有以下优点：

1.1.变频系统无需原电控调速用的交流接触器及调速电阻，提高了系统的可靠性，改善了工作人员的操作环境。

1.2.调速连续方便，连续平滑调节。

1.3.实现了低频低压的软启动和软停止，使运行更加平稳，机械冲击小。

1.4.启动及加速过程冲击电流小，加速过程中最大电流不超过

1.5倍的额定电流，提升机在重载下从低速平稳无级平滑的升至最高速，没有大电流出现，减小了对电网的冲击。

1.6采用回馈制动技术，成功解决了位能负载在快速减速或急停时的再生发电能量处理问题，保证了变频器的安全运行。

1.7节能效果显著。

现场运行图片1

现场运行图片2

三、结束语

矿山提升机变频调速系统具有控制性能优良、操作简便、运行效率高、维护工作量小等诸多优点，随着变频调速技术的日益成熟与能源节约要求的必然趋

势，它正成为矿山提升机传动的发展方向。