[发明专利]矿用隔爆兼本质安全型变频中心

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下工作面供电及电机变频拖动控制设备，尤其能够对采煤工作面刮板输送机设备的大功率电机进行变频拖动控制的设备。

背景技术

煤矿正开采朝着高产、高效、节能方向发展，受井下空间限制，要求设备在满足应用需求的同时尽可能减小体积，降低成本。近年来，煤矿井下工作面开始应用大功率变频节能设备。目前，井下工作面刮板输送机设备大功率电机的变频控制通常采用移动变电站变压、组合开关配电、变频器拖动的方式，整个系统主要有两种构成模式：一种是移动变电站、组合开关、变频器和电机构成，另一种是移动变电站、组合开关、变频一体电机构成。现代煤矿井下通常采用6000V以上等级电压供电，在采煤工作面需首先利用移动变电站进行降压至3300V或者1140V电压，之后通过组合开关配电，为变频器或者变频一体电机供电，现有变频控制结构模式造成工作面设备较多，成本较高，占用空间较大，不利于设备的使用和维护。

为了克服目前煤矿井下工作面大功率设备电机变频拖动系统构成复杂、体积较大、使用不便等弊端，本发明提供一种矿用隔爆兼本质安全型变频中心。

发明内容

本发明提供的矿用隔爆兼本质安全型变频中心，集变压、配电、变频拖动功能于一体，输入能够直接接入煤矿井下6000V电压等级或10000V电压等级供电系统，输出能够针对1200kW/3300V等级及以下的矿用大功率电机进行变频拖动控制，使煤矿井下工作面设备尤其是刮板输送机电机的变频拖动系统实现简约化和集成化。

矿用隔爆兼本质安全型变频中心，包括防爆壳体和安装在防爆壳体内的输入电缆接线端、输出接线端、真空配电单元、移相变压器单元、多电平功率变换单元、水冷系统和控制单元；防爆壳体可分为安装真空配电单元的真空配电装置腔、安装移相变压器的移相变压器腔、安装多电平功率变换单元的多电平功率变换单元腔、安装水冷散热系统的散热系统腔和安装控制单元的控制系统腔；在防爆壳体内，输入电缆接线端连接煤矿井下工作面的高压供电电源，为变频中心供电，输入电缆另一端连接真空配电单元，真空配电单元的输出端连接移相变压器单元和控制电源变压器，控制电源变压器为控制系统、水冷系统供电，移相变压器的输出端与多电平功率变换单元连接，多电平功率变换单元连接输出接线端，输出接线端另一端连接变频中心输出和变频拖动控制的电动机，其中，移相变压器为水冷移相变压器，由水冷系统为移相变压器、多电平功率变换单元进行冷却，控制系统对真空配电单元、多电平功率变换单元、水冷系统进行控制，对整个系统进行监测保护。

变频中心采用两相限运行模式，可选带速度传感器矢量控制或者V/F控制，具备过流保护、过压/欠压保护、缺相保护、短路保护、过载保护、电机过热保护、接地保护、漏电闭锁、超温保护、水冷系统故障保护功能，采用内外水循环冷却方式。

所述输入电缆接线端用于连接煤矿井下工作面高压供电电缆，为变频中心供电。同时，备用一个接线端，并联供电电路，用于为其它设备提供高压电源。

所述真空配电单元连接外部电源与内部移相变压器，实现输入电源分断及故障跳闸管理，并实现装置内部故障时与电网脱离保护，限制变频器上电初期充电电流。通过手动操作手柄将隔离开关与母线分离，实现高压隔离刀闸作用。

所述水冷移相变压器连接配电单元与多电平功率变换单元，用于实现对输入电源的降压移相，为每个功率变换单元提供715AC±2％低压电源。移相变压器原边采用星型接法，副边9个绕组输出，整体移相，不同的副边绕组之间有一定的相位差，可消除电网中因后级功率单元电力电子器件工作产生的谐波电流，输入电流的总谐波含量(THD)远小于国家标准5％的要求，采用去离子水水冷散热方式。

所述多电平功率变换单元采用H桥级联多电平方式，每相采用三级串联，整个多电平功率变换单元三相共9个功率变换单元模块。每个功率变换单元模块采用三相全波整流，整个多电平功率变换单元整流侧等效为54脉波整流，可大大降低注入电网的谐波电流，且功率因数大于0.95。多电平功率变换单元输出电压0～3465VAC可调，电平数高达13电平，正弦度高，供电距离远，变频中心输出的直接供电距离最大可达到500m，超过500m时需在输出侧安装输出滤波器。额定输出电压3300VAC，频率0～50Hz。