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TMEIC MVe2系列变频器在矿用绞车上的应用

发表于:2016-07-27 17:08:21 来源:索比光伏网 作者:曹永刚 邵贤强 李海涛

1.概述

山西潞安集团公司古城矿桃园立井,位于山西长治市屯留县境内,2014年10月份,对原凿井时的3.5m绞车改造为4.0m双滚筒缠绕式绞车。改造后的系统参数如表一所示:

表一 现场系统参数

古城矿井深652.5m,矿井设计年生产能力为800万吨/年,采用双层罐笼提升,一个罐笼宽度为1.8米,另外一个宽度为1.6m。

现场配套使用了TMdrive-MVe2-2720kVA-6kV/6kV四象限变频器。该变频器为TMEIC的MVG2新一代升级产品,是使用三电平功率单元的四象限变频器。

2.国内主流的变频器和MVe2变频器的产品介绍和对比

2.1国内主流的变频器产品

目前在国内市场上应用较多的用于绞车的国产单元串联多电平变频器的功率单元多是两电平H桥逆变结构,采用有速度传感器的矢量控制或者采用改良V/f控制的方式,国内采用V/f控制占主流,功率单元采用IGBT的AFE的方式实现四象限运行,电网侧的整流控制在功率单元内的控制电路上实现,造成单元整流侧的保护不完善,使得功率单元对电网电压的波动十分敏感;功率单元的逆变由变频器主控系统统一控制,逆变侧的保护功能比较完善。功率单元的拓扑图如图一所示:

图一 H桥逆变功率单元拓扑结构图

国内使用比较多的变频器使用的电容多为400V85℃的铝电解电容,均为三组电容串联,采用电阻均压的方式,电解电容对电压波动比较敏感,在电能大量从电机灌回变频器时,经常因为AFE前端来不及将大量的能量回馈到电网而导致功率单元直流母线电压升高,造成铝电解电容过压损坏。受到电解电容耐温和IGBT过热保护的影响,一般单元过温保护阀值为80℃~85℃。铝电解电容为湿式电容,长时间不用,铝箔会发生钝化,所以长时间放置的内置铝电解电容的变频器或者功率单元,在使用前需要激活,如果没有激活过程而直接使用,变频器或者功率单元损坏的几率非常大。两电平H桥逆变的切换过程如图二所示:

图二 两电平H桥逆变的切换过程

两电平H桥逆变,在输出端产生SPWM波形,两电平H桥逆变输出的波形示意图如图三所示:

图三 H桥SPWM逆变输出波形

国产四象限高压变频器的功率单元输入侧均配有电容和电抗器组成的滤波器,用来滤除IGBT的AFE SPWM整流产生的电压和电流谐波。因为功率单元需要检测输入侧的电压和电流作为AFE控制的信号,所以滤波器是必须的,这样不但增加了系统的复杂性,同时也给输入侧功率因数带来影响,在变频器空载时,电网侧的功率因数为超前的,空载无功电流比较大,在变频器重载时,变频器的功率因数是滞后的,一般在20%负载以上变频器的电网侧功率因数为0.95以上,电网侧功率因数随负载波动而变化,不能完全由功率单元控制。滤波器的拓扑结构如图四所示:

图四 电容和电抗器组成的滤波器

采用H桥逆变的6kV变频器由一台隔离移相降压变压器,15组或18组电容和电抗器组成的滤波器,15组或18组功率单元组成。一般变压器一次绕组为Y型接法,二次绕组采用延边三角形接法,这种接法,可以使功率单元整流产生的谐波大部分在变压器内部相互抵消掉,减小变频器电网侧谐波含量,同时,这种延边三角形的接法,也在变压器内部增加了很多的接头,一般每个功率单元需要变压器内部增加三个接头,18个功率单元的变频器,变压器内部需要增加48个接头,降低了变压器的可靠性。6kV15个功率单元输出的H桥逆变的变频器拓扑图如图五所示:

图五 6kV输出的H桥逆变的变频器拓扑结构

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