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风光牌 JD—BP37/38 系列高压( 6000/10000V )提升机变频器于 2005 年 12 月 18 日在济南通过了省级技术 / 产品鉴定。以陈伯时教授、李永东教授为主任的鉴定委员会给出的产品鉴定是:
鉴定委员会一致认为, JD-BP 系列矿井提升机高压变频调速器具有技术指标**、可靠性高等优点,在级联高压逆变器控制方面填补了国内空白,达到国内水平,具有较大的经济、社会效益和推广应用价值,可以批量生产。
本文将把该变频器研制过程中的几个主要技术问题呈现给大家,希望得到专家和同行的指教。
在“节约中国”的大形势下,变频器行业正呈方兴未艾之势,销售势头十分喜人。但高压机的应用领域有很大局限性。各品牌使用手册上会列出一大串适用领域,可实际应用多局限于风机类或水泵类负载。其实,还有一种负载急切地等待着实现变频化,那就是矿山提升机。在市场的强烈呼唤下 [1] ,我公司于 2000 年召开了低压矿山提升机变频器的鉴定会 [2] ,当时鉴定也是 填补了国内空白,达到国内水平。 五年后的, 6000/10000V 的高压提升机变频器终于正式上市了。
把变频器推广到高压提升机上去存在着很大风险,世界上早生产这类高压变频器的罗宾康公司也未见其将这类产品用于矿山提升机的报道。要打入提升机领域,必须解决几个棘手的难题,概括说来有以下几点:四象限运行、苛刻的力矩特性、高可靠性、频繁开停机。下面的讨论将针对这几个难点展开。
一、四象限运行 - ——- 能量回馈
矿井提升机处于四象限运行的工况,当提升机负重下放或快速减速时,电机处于发电运行状态,变频器必须妥善处理这部分能量。单元串联结构决定了耗能电阻的办法不再适用,只有将再生能量回馈电网这一条路可走,四象限运行的关键就是能量回馈。
本文的方案是每个功率单元主电路均采用双逆变器,电源侧是一个三相逆变器,输出侧是一个单相逆变器,主电路如图 1 所示。当电机处于电动运行状态时,能量从电源流向负载;当电机处于发电运行状态时,输出侧的逆变器处于整流工作状态,电源侧的逆变器将能量馈送至电网。
图 1 功率单元主电路图
回馈过程的控制策略有二:
1 、间接电流控制,原理简述如下:
单相简化电路如图 2 所示:
图 2 间接电流控制简化电路图
为电源电压,为逆变器输出的低频电压
稳态回路电流:
三相回馈电网的总功率为:
改变与角,即可改变回馈功率的大小。
、与电感压降向量图 3 所示:
图 3向量图
若要求回馈电流与电压反相(此时效率高),这时应有
。 由于电抗要求安装在单元之内,体积必须尽量小,限流电感的电感量较小,比小得多,即