KXBT型变频调速装置的原理及在采煤机中的应用

KXBT型变频调速装置的原理及在采煤机中的应用

KXBT型变频调速装置的原理及在采煤机中的应用

1  引言
随着电牵引采煤机的广泛使用，要求的牵引速度越来越高，牵引力也要求不断增加，而且随着采煤机机装容量大幅度提高，供电电压也相对提高。作为交流电牵引采煤机核心技术的交流变频器，随着电力、电子技术以及微机控制技术的发展，其结构和功能也发生着很大变化，PWM变频调速技术不断得到广泛应用。上海创力矿山设备有限公司，针对当前煤矿机械的技术特点，研制了KXBT(矿用隔爆)型变频调速装置，专门用于MG200/500-WD、MG250/600-WD、MG300/700-WD系列无链电牵引采煤机行走部动力源的变频调速驱动，通过与PLC控制技术结合使用，使采煤机的控制、操作可靠方便，具有了调速范围广、体积小、故障少等优点，满足了高产、高效工作面的需要。
2结构及工作原理
2．1结构特征
该装置单独布置于采煤机中间框架的中部，主要有隔爆外壳、牵引变压器、变频器、综合控制盒、真空接触器、控制变压器、控制开关组、穿墙端子、过线组等组成。其中，隔爆外壳采用焊接结构，主要由牵引变压器腔、变频器腔、接线腔等三个腔体组成，通过接线端子和过线组五芯接线端子相互联系；变频器组安装在变频器腔内，其主要发热元件直接固定在铝合金底板上，每台变频器分别由两个压杆压紧在冷却立板上，运行过程中产生的热量，大部分由铝合金底板传到立板，通过水冷立板以散发热量。
2．2工作原理
    交流变频调速系统的电气系统原理如图(1)所示。该系统主要由机外牵引变压器、交流接触器、变频器核心电路、变频器外围电路、行走电动机等组成。放置在工作面顺槽处的1140V/380V变压器，为VV1和VV2两台变频器提供电源，两台变频器的输出各带一台40kW的牵引电动机，作为采煤机行走部的动力。
    (1)变频器核心电路
    变频器核心电路，主要由主回路、主控板、驱动板、显示和控制盘、电源板、控制变压器及风扇组成。

    主回路：如图2所示，两变频器均为交直交、变压器型变频器。来自牵引变压器的380V、50Hz三相交流电源，经真空接触器MC送入变频器输入端R、S、T，然后经快熔、三相交流接触器、电流互感器、三相交流电抗器，由变频器输入侧整流二极管组成的桥式整流电路整流，向滤波电容充电；为限制起始充电电流，这部分电路工作顺序为：首先交流接触器不吸合，三相电源由R、S、 T整流后与接触器主触点并联的限流电阻，向滤波电容充电，以限制起始电流，当充电电流小到一定值、直流回路建立足够电压时，三相交流接触器吸合，将限流电阻短接，此时电路建立起稳定的直流电压。然后再经过输出侧IGBT组成的逆变电路，将直流电逆变成变频变压的交流电(即VVVF电源)，用此电源拖动牵引电动机，即可调速。IGBT工作于开关状态，其导通与关断由驱动信号来控制。驱动信号由主控板形成，经驱动板放大后加到 IGBT的门极，控制IGBT的导通和关断。
    主控板：即微机板，它是变频器的心脏，各种信息的处理、控制以及指令的发送，都是由它来完成。IGBT的驱动信号也是由它产生。
    驱动板：主要用于放大由主控板产生的驱动信号，同时预处理电流、电压及温度等变频器的工况信息。
    显示和控制盘：变频器显示含有控制盘上数码管及发光二极管两部分。数码管正常时显示输出频率，也可选择显示输出电流等运行参数，故障时显示故障信息。控制盘上有很多按键，主要用于变频器运行参数设定以及对变频器实施近控操作(调试)。
    风扇：变频器顶部装有两个冷却风扇，增强变频器运行产生的热量经外壳水冷却的效果。
    (2)变频器外围电路
变频器外围电路包含为完成变频器远控操作而设置的控制及保护电路，主要有交流接触器MC、控制变压器T2、变频器控制盒CB1、显示器XSM1、控制开关组、近控操作旋钮和按钮组等组成。其中，显示器XSM1为本变频器专用件，由发光二极管组成，主要显示变频器外围电路的运行状况。发光二极管共有五个，分别为：“12V”(绿色)：4-12V电源正常显示；“牵引漏电”(红色)：牵引漏电保护显示；“电压异常”(红色)：输入电源电压异常显示；“牵引漏电闭锁”(红色)：牵引部分漏电而闭锁显示；“右截割漏电闭锁”(红色)：右截割回路部分漏电而闭锁显示。

3装置的保护功能
    (1)变频器的供电电压波动范围，允许为额定电压(380V)的85％～110％，在此范围能工作，低于此值后，欠电压保护动作，高于上限，过电压保护动作。
    (2)在10～50Hz，呈恒转矩特性，达到最大转矩后，速度自动下降，最大转矩值在额定转矩的7％范围内，在50～83.4Hz，呈恒功率特性。
    (3)当变频器从50Hz减速停车时，能在3秒内停止。
    (4)在额定负载及冷却水额定流量下，变频器出风口、近风口及隔爆空腔各处的温度不大于60℃，当变频器散热板温度90℃时，热接点动作，过热保护，停止变频器运行。
    (5)变频器漏电闭锁保护，7.OkQ动作(容差范围+20％)；漏电保护，3.5k12(容差范围+20％)动作。
(6)主回路真空开关分断过电压吸收保护，在主回路真空接触器的二次侧，接入适当匹配参数的过电压吸收装置，吸收电动机分段时的瞬间高压。
4变频器的故障保护与显示
    当变频器发生故障或出现异常时，控制盘的 LED将显示故障或警告内容，如果出现故障，故障保护节点动作，电动机滑行停止，如果发现轻故障或不适当的参数设定，LED给出警告提示。
    电流故障Over current(过电流)：变频器输出侧发生接地短路，接地(如电动机烧毁、绝缘劣化、电缆破损引起的接触、接地等)或负载过大，加速时间太短等原因，都会引起此电流故障，即变
频器的输出电流超过了电流检出值。
    电压故障Over voltage(主回路过电压)：减速时间太短，从电动机再生的能量太大或电源电压太高，都会导致该故障。
    DC BusUndervolt(主回路低电压)：输入电源发生了欠相或发生了瞬时停电，或者输入电源的接地端子松动或输入电源的电压变动太大，导致该故障。
    温度故障Heatsink Over tmp(散热片过热)：散热片过热时，变频器散热片的温度超过了L8-02的设定值或105℃，变频器内部冷却风扇停止。导致该故障的原因，可能是变频器的冷却风扇停止了或散热不好。
MC Answerback(防止浪涌电阻过热)：直流主回路MC的动作不良，MC励磁线圈损坏。
5  结语
    KXBT型变频调速装置采用PWM变频调速技术，与以PLC为核心控制的电控系统结合使用，大大提高了采煤机系统状况的监测和故障自诊断能力，使采煤机控制、操作可靠方便，行走实现无级调速。由于采用独立的箱体结构，便于采煤机维修，并且大大提高了采煤机的系列化设计。