交交變頻器用于交流提升機控制系統(tǒng)的研究

　1引言

　　礦井提升機所使用的交流繞線式電動機通常是靠切換其轉(zhuǎn)子電阻來進(jìn)行調(diào)速的。但電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。當(dāng)提升容器通過給定的減速點時，由于負(fù)載的不同，而將得到不同的減速度，不能達(dá)到穩(wěn)定的低速爬行，最后導(dǎo)致停車位置不準(zhǔn)，不能正常裝卸載。通過操作人員同時施用機械閘，利用閘制動和電機拖動的合成特性來得到要求的減速度及低速爬行。這樣做，不僅耗電量大，閘瓦磨損大，而且操作人員工作非常緊張，安全性、可靠性差。

　　晶閘管串級調(diào)速自動化提升機，可以獲得較好的控制特性。但電控設(shè)備多、容量大。為獲得減速階段的制動力矩，還需一套動力制動裝置，因而使系統(tǒng)復(fù)雜，投資增加。特別是對于500kW以上的繞線電動機，其轉(zhuǎn)子電壓約為700V左右，使晶閘管裝置的選擇帶來困難。

　　當(dāng)交流提升機只采用動力制動時，減速爬行階段就要出現(xiàn)制動-電動、電動-制動的多次轉(zhuǎn)換，才能獲得平均的、而非平穩(wěn)的爬行速度，能滿足爬行距離較長的提升機。這種方法要求主減速器有兩個主軸，并增加氣囊離合器，增加了機械結(jié)構(gòu)和制造過程的復(fù)雜性。動力制動的最大弱點是不能提供正力矩。當(dāng)系統(tǒng)需要低速正力爬行時，要從動力制動轉(zhuǎn)換到高壓狀態(tài)工作，實行爬行階段二次給電的脈沖爬行。這種方法機械特性較軟，不易控制。

　　采用低頻制動，即將電動機定子繞組從三相電網(wǎng)(6kV，50Hz)上斷開后，接至電壓相序相同的低頻電源上。提升機低頻拖動在減速階段使電動機運行在再生發(fā)電制動區(qū)內(nèi)，在爬行階段運行電動區(qū)內(nèi)。并且，提升電動機由制動狀態(tài)到電動狀態(tài)是自然過渡的。交交變頻器作為一種在大功率、低速范圍內(nèi)得到很好應(yīng)用的交流調(diào)速方案，其頻率范圍容易調(diào)節(jié)，作為低頻電源適用于各種作業(yè)的交流提升機。而數(shù)字化是現(xiàn)代傳動技術(shù)的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)全數(shù)字控制是交流提升機自動化的新課題。

　　2交-交變頻器

　　交交變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種不經(jīng)過中間直流環(huán)節(jié)，直接將較高固定頻率的電壓變換為頻率較低而可變輸出電壓的變頻調(diào)速系統(tǒng)。其每一相均由兩組(正、負(fù)組)三相全波變流器反并聯(lián)構(gòu)成。輸出的整流電壓為：

　　Ud=Ud0cosαp=-Ud0cosαN(1)

　　式中：αP——正組整流器控制角;

　　αN——負(fù)組整流器控制角;

　　Ud0——α=0°輸出電壓平均值。

　　交交變頻器輸出電壓的基波為正弦波，即：

　　Ud=Udmsinω1t(2)

　　則

　　cosαP=(Udm/Ud0)sinω1t=ksinω1t(3)

　　式中：k——輸出電壓比，k=Udm/Ud0;

　　ω——輸出電壓基波的角頻率。

　　通過改變正、負(fù)兩組整流器觸發(fā)角的頻率，即可改變輸出電壓的頻率;改變輸出電壓比k值，即可改變輸出電壓值。

　　交交變頻器通過兩組反并聯(lián)的晶閘管交替工作來產(chǎn)生一相低頻的交流電壓供給負(fù)載，存在環(huán)流問題。在可逆直流傳動中采用的工作方式(如邏輯無環(huán)流、錯位無環(huán)流、可控環(huán)流)一般在交交變頻器中均可適用。交交變頻器的主電路及基本控制部分可采用直流傳動的相同組件和技術(shù)。

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