冶金行業(yè)管理畢業(yè)設(shè)計(jì)礦用變頻電源分析與設(shè)計(jì)

二、指導(dǎo)老師：運(yùn)等機(jī)械設(shè)備和井上通、壓、排、提等四大件的調(diào)能和節(jié)能降耗的作用。本課程擬電力電子技術(shù)和自一礦用變頻電源，主要技術(shù)參數(shù)要求如下：使用環(huán)境：井下I史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻器在各個(gè)廣泛。例如：在冶金、石油、化工、紡織、電力、建材、煤不允許電機(jī)直接啟動(dòng)，需要由變頻器調(diào)速和協(xié)調(diào)工作才能滿利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、速技術(shù)起到越來越大的作用，在能源、鋼鐵、機(jī)械可見大中容量的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。而電力電子調(diào)速系統(tǒng)是必不可少的環(huán)節(jié)，電力電子技術(shù)是運(yùn)用率開關(guān)器件將電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用，通過與數(shù)字控制技術(shù)緊密結(jié)合，變頻器是通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流速方案中最理想的。而且變頻器節(jié)能效果非常明顯的變頻器或電機(jī)有著許多共同的特點(diǎn)，控制策略類似，所以中高壓電機(jī)。中高壓變頻器能夠使電機(jī)無級(jí)調(diào)速，在工業(yè)生機(jī)調(diào)速控制的要求，不僅可以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，又降系統(tǒng)占主導(dǎo)作用，如大功率風(fēng)機(jī)、泵類電機(jī)，為提高生產(chǎn)效壓大容量變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用其中；在社會(huì)方面，為城市輕軌以及電動(dòng)汽車等，不僅可以大大減少空氣污染，而此可見，高性能的中高壓大功率變頻調(diào)速裝置的市場(chǎng)潛力巨闊。矢量控制技術(shù)得到了日益完善。變頻器以其卓越的系統(tǒng)長期以來在提速系統(tǒng)中的統(tǒng)治地位。近幾年來得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，變頻器在皮帶運(yùn)輸機(jī)上的應(yīng)用便是煤炭企業(yè)是耗電大戶，其電耗成本占其生產(chǎn)成一部分電能是白白浪費(fèi)掉的，因此其節(jié)電潛力是很企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，完全能達(dá)到改善工況、節(jié)省電費(fèi)、提高效安全生產(chǎn)和產(chǎn)量任務(wù)在不斷增加，對(duì)安裝工程的質(zhì)作中提高業(yè)務(wù)能力和學(xué)習(xí)理論知識(shí)是廣大機(jī)電工人標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械化礦井的發(fā)展，改變陳舊思想理念的同時(shí)機(jī)遇與挑戰(zhàn)：核心器件依賴進(jìn)口成國產(chǎn)發(fā)展瓶頸高壓和變頻器技術(shù)新動(dòng)向:信息技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速因具能耗低，占地少、工藝先進(jìn)、功能豐富、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的調(diào)速方案，代表電氣傳動(dòng)的高壓大功率變頻器因其在電磁兼容、電磁輻射生產(chǎn)廠家都在高壓變頻器領(lǐng)域投入大量的人力與物面占領(lǐng)制高點(diǎn)。盡管如此，變頻器的核心器件始終樣化?？偟膩碚f，新一代的變頻器應(yīng)具有以下特點(diǎn)：一是全數(shù)字化、功能齊全，能夠補(bǔ)償負(fù)載變化，特別是分布式的具有通信、聯(lián)是簡(jiǎn)單或行業(yè)專用的變頻器以及實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化化，通過網(wǎng)絡(luò)連接減少生產(chǎn)成本，通過現(xiàn)場(chǎng)總線模展。在今后的幾年內(nèi)，矩陣式變頻器、綠色變頻器等新型變頻器將國內(nèi)變頻器現(xiàn)狀:相對(duì)較弱，國產(chǎn)品牌無論在加工制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等從整體看，目前我國變頻器行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激預(yù)計(jì)未來幾年高端產(chǎn)品被國外廠家壟斷的市變頻器市場(chǎng)前景廣闊:據(jù)中國工業(yè)電器協(xié)會(huì)變頻器分會(huì)統(tǒng)計(jì)，近年來某些專用變頻器產(chǎn)品，這都為我國變頻器市場(chǎng)的進(jìn)一我國電力能源十分短缺，已經(jīng)成為制約生產(chǎn)發(fā)用能源已迫在眉睫。煤礦用的通風(fēng)機(jī)、水泵和空氣重點(diǎn)治理，高壓變頻技術(shù)因其可以有效的節(jié)約能源，得到了近幾年來我國變頻器銷售量逐年高速增長，變不佳，技術(shù)改造較少，變頻器使用不多。行業(yè)的特殊性，要靠性并能夠在爆炸性的環(huán)境中工作。近幾年，煤炭行業(yè)加大了技術(shù)改造的力度，使用在礦井中的國產(chǎn)變頻器口漸增多，國產(chǎn)變頻器在煤炭行業(yè)還有很大拓展空間。隨著新型壓、大電流方向快速發(fā)展，多電平拓?fù)淠孀兤鞒蔀楦邏鹤冾l調(diào)速成為首選方案。高壓變頻技術(shù)在國外的研究已經(jīng)有三十年的歷史了，隨著開件的成熟，國外的技術(shù)把我國已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在了后面?，F(xiàn)在國因此我國發(fā)展高壓變頻器還是很必要的。高壓變頻器的發(fā)展趨勢(shì)：流承受能力更大，比較適合在高壓大功率變頻器中的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。要想減小開關(guān)器件所應(yīng)承受的電僅減小電壓還能使電壓波形變得更加平滑，因此多勢(shì)。高壓變頻器行業(yè)是一個(gè)有相當(dāng)技術(shù)難度，投資的領(lǐng)域。而且進(jìn)入該領(lǐng)域的國內(nèi)生產(chǎn)廠商眾多，在的競(jìng)爭(zhēng)較為混亂。因此，具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)的產(chǎn)能源是國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，目前煤炭仍然是我國的到安全高效，對(duì)于創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)有著重要的意義就必須做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、合理運(yùn)行，對(duì)于流體機(jī)械采用變頻調(diào)速控制效果較理想。功率因數(shù)高、可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使變節(jié)能效果。變頻調(diào)速是目前交流電動(dòng)機(jī)最理想、最節(jié)能的隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和世界能源緊缺等客觀因素的技術(shù)得到了各國的高度重視.在我國,構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召極大地推動(dòng)了變頻節(jié)空壓機(jī)、采掘機(jī)等動(dòng)力負(fù)荷變化較大的機(jī)電設(shè)備在護(hù)等方面的浪費(fèi)也是非常巨大的.明顯的節(jié)能效果和優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能,使變頻節(jié)能技術(shù)在我國礦山中的應(yīng)用越來越廣泛,技術(shù)也越來越成熟.時(shí)出現(xiàn)了為煤礦特殊環(huán)境專門設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速適合礦井特性,每年可節(jié)約電費(fèi)約56萬元.某省勞改局五制了ZJT-30型隔爆兼本安智能變頻調(diào)速系統(tǒng),采取IGB到了防爆標(biāo)準(zhǔn),為我國礦山巷道掘進(jìn)的節(jié)能提供了有效手段.變頻調(diào)速在礦區(qū)給水、給液用泵中應(yīng)用靈活,明顯降低了設(shè)備的機(jī)械沖擊,增加了工藝系統(tǒng)控制的靈活性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量.中國礦業(yè)大學(xué)宋杰等人,利用變頻器和PLC控制器,設(shè)計(jì)了一套煤礦井下排水泵站的監(jiān)控系統(tǒng).該系統(tǒng)中變頻器靈活的控制抽水泵的平滑起停、適時(shí)加減速,保證了井下液位的恒定,降低了泵空轉(zhuǎn)時(shí)間和頻繁起停帶來的大量能耗,機(jī)械設(shè)備的損耗也相應(yīng)降低.PLC控制器的加入,對(duì)變頻器的自動(dòng)控制更加智能與靈活,保證了生產(chǎn)的安全高效運(yùn)行.孔莊選煤廠在合格介質(zhì)泵上安裝變頻器,通過在線調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)重介旋流器的入料壓力,降低了因啟動(dòng)電流過大造成的電耗增加,減少了頻繁開停車,避免了變壓器跳電,提高了產(chǎn)品質(zhì)量.生產(chǎn)實(shí)踐表明,因引進(jìn)變頻調(diào)速技術(shù),該選煤廠每年新行的交流變頻調(diào)速采煤技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平,國產(chǎn)電牽引采煤機(jī)行走功率最大范各莊礦進(jìn)行了應(yīng)用.采區(qū)的傾角為12°~18°,局部達(dá)到25°~30°,從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看,四象限變頻器調(diào)速電牽引采煤機(jī)在大傾角工作面能較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩,維持牽引速度基本不變,機(jī)器沒有發(fā)生下滑跑車的現(xiàn)象,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制靈活,操作方便,速度調(diào)節(jié)可靠.新柏煤礦公司與唐山開誠電器公司合作,選用交流四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)配套湖南限運(yùn)行,設(shè)有過壓、欠壓、過流、電機(jī)缺相等保護(hù).風(fēng)光提升機(jī)變頻器作為提升機(jī)其中的代表.該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制,設(shè)計(jì)有專門的控制軟件,同時(shí)具有很高的兼容性,提供了完善的輸入輸出接口電路,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制.興隆莊煤礦西上山膠帶輸送機(jī)采用四象限變頻調(diào)速技術(shù)后,解決了采用可隨時(shí)將電機(jī)產(chǎn)生的負(fù)力回饋到電網(wǎng)中,減少發(fā)熱損耗,解決了機(jī)械系統(tǒng)及電氣系石的大型設(shè)備,其工作條件非常惡劣,特別是在爆破不好的情況下挖根底作業(yè),經(jīng)常出現(xiàn)過大的沖擊載荷,甚至堵轉(zhuǎn).上世紀(jì)90年代后期,我國有個(gè)別行,能快速地進(jìn)行加速、減速、反轉(zhuǎn)和制動(dòng).變頻技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備中應(yīng)用越來越多,但應(yīng)用還不普及,如露天開采的牙輪鉆機(jī),美國B-E公司已在55R型牙輪鉆機(jī)上應(yīng)用,我國還推廣應(yīng)用[16].因此,變頻技術(shù)在我國礦山機(jī)電設(shè)備(1)推廣面較廣.礦山中大小機(jī)電設(shè)備種類繁多,變頻器如能解決的匹配問題,就能得到更廣泛的推廣.(2)需求量很大.我國礦山基數(shù)大,在機(jī)電設(shè)備的改造中必然需要大量的變頻器,這就會(huì)極大地推動(dòng)變頻技術(shù)在礦山的發(fā)展.(3)專業(yè)化得以加強(qiáng).礦山有很多特殊工作環(huán)境,如井下工作等,需要具有特殊功能的專業(yè)變頻器配置這些裝備.(4)多功能、網(wǎng)絡(luò)化的更新.電子技術(shù)日新月異,礦山改造過程中用和控制也會(huì)呈現(xiàn)多功能化的趨勢(shì),對(duì)變頻器的控制也會(huì)成為礦山網(wǎng)絡(luò)化管理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié).幾個(gè)概念的解釋：采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，幾個(gè)重要的基本概念：直流輸出電壓平均值為：這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式直流回路的平均電流為：功率因素為：數(shù)量關(guān)系：晶閘管承受的最大正反向電壓均為。變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180°的矩形波，其相位由效值I=I。負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動(dòng)機(jī)兩者的區(qū)別：路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓為，是單相全控橋的2倍；個(gè)單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不的情況，假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。的工作原理分析假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，成為三路。此時(shí)，相電壓最大的一個(gè)所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量晶閘管的電壓波形.三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：路。-（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30°,組成ud的每一段線變壓器漏抗對(duì)各種整流電路的影響：結(jié)構(gòu)圖。逆變器每個(gè)橋臂由兩個(gè)IGBT串聯(lián)和兩個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)而每兩個(gè)IGBT中點(diǎn)通過箝位二極管與直流側(cè)兩個(gè)電容中點(diǎn)連接，并要求三電平電路與傳統(tǒng)的兩電平電路相比較優(yōu)點(diǎn)有以下優(yōu)點(diǎn)：降低了開關(guān)頻率；性能要求；-可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)RL反之，當(dāng)RL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果-利用儲(chǔ)能元件電感器L的電流不能突變的性質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載RL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。使輸出為三相對(duì)稱交流電。改變輸出狀態(tài)，改變輸出電壓頻成頻率設(shè)定同時(shí)完成對(duì)輸出三相交流電的頻率，電流測(cè)量。流電流互感器得到小信號(hào)交流電然后經(jīng)過阻容濾波后得到與原信號(hào)同頻率的信化信號(hào)，這些信號(hào)可以為單片機(jī)所識(shí)別。單片機(jī)通控制電路。如圖1所示，控制電路由以下電路組成：電路的電壓、電流檢測(cè)電路，電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)電行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的在圖1點(diǎn)劃線內(nèi)，無速度檢測(cè)電路，為開環(huán)控制。在控采用單相橋式整流電路完成交流電變換成直流-件IGBT和驅(qū)動(dòng)電路、多種保護(hù)電路集成在同一模塊內(nèi)，與普通IGBT相比，在控制功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷以及頻率設(shè)定。方案由于采用單片機(jī)技術(shù)，使得其具有智能化的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了硬件電路，有高測(cè)量精度，同時(shí)也有利用軟件對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償功能的裝置稱為變頻器。變頻器由兩部分組成：主為頻率可調(diào)的交流電（逆變）。濾波電容濾除整流后的電壓波紋，并在負(fù)載變相整流橋中的二極管，為了保護(hù)二極管，在電路中在許多下新型的變頻器中，已有晶閘管替代。），出頻率而實(shí)現(xiàn)的，在電動(dòng)機(jī)減速過程中，當(dāng)變頻器的輸出頻機(jī)將處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要回饋到直流電路-為了避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的管導(dǎo)通，將回饋到直流電路的能量消耗在制直交電路設(shè)計(jì):管在這里選用IGBT。零，但是由于電動(dòng)機(jī)線圈的電感作用，儲(chǔ)存在線圈管提供通道，維持電流在線圈中流動(dòng)。另外，當(dāng)電斷時(shí)，要受集電極電流和集電極與發(fā)射極間的電壓進(jìn)行緩解。當(dāng)逆變管關(guān)斷時(shí)，迅速上升，迅速降低成危害，所以通過在逆變管兩端并聯(lián)電容（）來減時(shí)，迅速下降，迅速升高，并聯(lián)在逆變管兩端的電管放電，這將加速電流的增長率，造成IGBT的損壞。所以增加電阻，的放電電流?？墒钱?dāng)逆變管關(guān)斷時(shí)，該電阻又會(huì)阻矛盾，在電阻兩端并聯(lián)二極管（），使電容充電時(shí)避開電阻，通過二極管充電。放電時(shí)，通過電阻放電，實(shí)現(xiàn)緩沖功能。這種緩沖以適用于中小功率變頻器。因本次設(shè)計(jì)所選用的電動(dòng)機(jī)為中容量型，在此選用此載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。半周電流方向相反且波形對(duì)稱，平均值為零，即直流磁化問題，變壓器的利用率也高，所以選路，驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載電路構(gòu)成。輸入的信號(hào)經(jīng)變壓器變壓后通過過電保護(hù)電路，保證電路出現(xiàn)過載或短路故障時(shí)，不至于傷害到晶閘管和負(fù)-保護(hù)后的信號(hào)輸入整流電路中。整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號(hào)的作用下動(dòng)作，純電阻負(fù)載時(shí)：整流電壓平均值為：流過晶閘管的電流平均值：流過晶閘管的電流有效值為：電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。由信照系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過驅(qū)