【正文】 流傳動與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。而電力電子技術(shù)在大中容量的交流電動機調(diào)速系統(tǒng)是必不可少的環(huán)節(jié)，電力電子技術(shù)是運用電子技術(shù)、控制方法，通過功率開關(guān)器件將電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用，通過與數(shù)字控制技術(shù)緊密結(jié)合，迅速發(fā)展成為一個跨學(xué)科的高新技術(shù)。由此可見，高性能的中高壓大功率變頻調(diào)速裝置的市場潛力巨大，應(yīng)用前景十分廣闊。必要性隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，煤炭行業(yè)市場的競爭也越來越激烈。受益于節(jié)能減排、綠色環(huán)保等戰(zhàn)略的拉動作為變頻調(diào)速的重要設(shè)備，變頻器產(chǎn)業(yè)成為未來幾年市場潛力非常巨大的產(chǎn)業(yè)之一。三是網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化，通過網(wǎng)絡(luò)連接減少生產(chǎn)成本，通過現(xiàn)場總線模塊，將不同型號的變頻器以同一種編程語言和通信協(xié)議進(jìn)行組態(tài)。從整體看，目前我國變頻器行業(yè)的競爭日趨激烈。我國變頻器總的潛在市場空間大約為1200億～800億元，其中常壓變頻器約占市場份額的60%左右，中、高壓變頻器需求數(shù)量相對比較少，但由于單臺變頻器功率大、售價高，只占市場的40%左右。近幾年，煤炭行業(yè)加大了技術(shù)改造的力度，使用在礦井中的國產(chǎn)變頻器口漸增多，國產(chǎn)變頻器在煤炭行業(yè)還有很大拓展空間。高壓變頻器行業(yè)是一個有相當(dāng)技術(shù)難度，投資強度大，風(fēng)險大，成長周期長的領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和世界能源緊缺等客觀因素的影響,構(gòu)建節(jié)約型社會的號召極大地推動了變頻節(jié)能技術(shù)在礦山、機械、,礦井(露天礦)各個生產(chǎn)系統(tǒng)的用電占到礦井企業(yè)用電量的70% ～90%[1].具體來說,在未采用變頻節(jié)能措施前,水泵、風(fēng)機等流體機械,平均運轉(zhuǎn)效率只有20%～50%[2],對礦井提升機、空壓機、采掘機等動力負(fù)荷變化較大的機電設(shè)備在啟動、加減速、,使變頻節(jié)能技術(shù)在我國礦山中的應(yīng)用越來越廣泛,技術(shù)也越來越成熟. （1）風(fēng)機中變頻調(diào)速的應(yīng)用目前,變頻器在我國煤礦風(fēng)機節(jié)能改造和新上項目中得到越來越多的應(yīng)用,[ 8 ] ,楊村礦南風(fēng)井在風(fēng)機改造中,將原來JRQ151010型高壓繞阻式電動機換為JS15710型低壓鼠籠式電動機,實際轉(zhuǎn)速較改進(jìn)前最低轉(zhuǎn)速下降了70 r/min,電機實際輸出功率為改進(jìn)前前導(dǎo)器半關(guān)閉時的1/3,風(fēng)量和風(fēng)壓更加適合礦井特性,研制了ZJT 30型隔爆兼本安智能變頻調(diào)速系統(tǒng),采取IGBT散熱方式,工作電壓為660 V,可帶動28 kW局部通風(fēng)機,實現(xiàn)了載波頻率調(diào)整(2～50 Hz)功能、風(fēng)電和瓦斯閉鎖功能、過流短路保護(hù)功能、超溫斷電功能及遠(yuǎn)程和實地控制功能,其性能達(dá)到了防爆標(biāo)準(zhǔn),為我國礦山巷道掘進(jìn)的節(jié)能提供了有效手段.（2）泵中采用變頻調(diào)速的應(yīng)用變頻調(diào)速在礦區(qū)給水、給液用泵中應(yīng)用靈活,明顯降低了設(shè)備的機械沖擊,增加了工藝系統(tǒng)控制的靈活性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量.中國礦業(yè)大學(xué)宋杰等人,利用變頻器和PLC控制器,、適時加減速,保證了井下液位的恒定,降低了泵空轉(zhuǎn)時間和頻繁起停帶來的大量能耗,對變頻器的自動控制更加智能與靈活,通過在線調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)重介旋流器的入料壓力,降低了因啟動電流過大造成的電耗增加,減少了頻繁開停車,避免了變壓器跳電,因引進(jìn)變頻調(diào)速技術(shù),該選煤廠每年新增精煤創(chuàng)收約216萬元.（3）在采煤機中的應(yīng)用目前,采煤機變頻調(diào)速系統(tǒng)已從“一拖二”發(fā)展到“一拖一”.我國能量回饋型四象限運行的交流變頻調(diào)速采煤技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平,國產(chǎn)電牽引采煤機行走功率最大2110 kW,變頻器電壓380V,能夠?qū)崿F(xiàn)額定轉(zhuǎn)速下恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速、–,176。采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路為單相半波可控整流電路。這是單相半波電路的缺陷。變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180176。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為δ。 半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時的工作情況相同，單相半控橋帶阻感負(fù)載的情況，假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。同時，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗單相橋式半控整流電路的另一種接法相當(dāng)于把圖24a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來實現(xiàn)。（2） 三相橋式全控整流電路的工作情況a 帶電阻負(fù)載時的工作情況b 阻感負(fù)載時的工作情況 三相橋式全控整流電路的特點：（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。期間，ia波形的形狀也與同時段的ud波形相同，但為負(fù)值。有時人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L在超過90176。波曲線中的3。）外特性整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流；交流電流檢測也是通過交流電流互感器得到幅值較小的電壓信號，通過整流濾波后，得到直流電壓信號。在圖1點劃線內(nèi)，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。Power圖2. 主電路分析設(shè)計 .主電路的工作原理變頻調(diào)速實際上是向交流異步電動機提供一個頻率可控的電源。當(dāng)充電到一定程度，使閉合，將限流電阻短路?！　≈苯浑娐吩O(shè)計:選用逆變開關(guān)管組成三相逆變橋，將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電，逆變管在這里選用IGBT?？墒钱?dāng)逆變管關(guān)斷時，該電阻又會阻止電容的充電，為了解決這個矛盾，在電阻兩端并聯(lián)二極管（），使電容充電時避開電阻，通過二極管充電。此電路對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。可見，α角的移相范圍為180。來完成整個系統(tǒng)的功能。保護(hù)電路是用來保護(hù)電路的，防止電路產(chǎn)生過電流、過電壓和欠電壓等現(xiàn)象損害電路設(shè)備。降壓斬波主電路圖. 逆變電路分析設(shè)計 逆變電路的作用是將直流電壓轉(zhuǎn)換成梯形脈沖波，經(jīng)低通濾波器濾波后，從而使負(fù)載上得到的實際電壓為正弦波，逆變電路是由4個IGBT管（VTVTVTVT4）組成的全橋式逆變電路組成，如圖2所示。整流電路輸出的直流電壓脈動較大，一般不能滿足實際需要，必須用濾波電路濾除交流分量，得到平滑的直流電壓。但在接通電源的瞬間，將產(chǎn)生很大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”，同時，因負(fù)載電流太大，電容器放電的速度加快，會使負(fù)載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路只使用于負(fù)載電流較小的場合。本文就礦用電源主要做了以下的工作： 詳細(xì)地描述了變頻電源基礎(chǔ)：（1） 、整流電路基礎(chǔ)；（2） 、逆變電路基礎(chǔ)；（3） 、濾波電路基礎(chǔ)；（4） 、變頻控制電路基礎(chǔ)。 所示，為系統(tǒng)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)框。,b.圖5在V關(guān)斷時，為了給負(fù)載中電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管VD。電路框圖在圖1結(jié)構(gòu)框圖中，控制電路是用來產(chǎn)生IGBT降壓斬波電路的控制信號，控制電路產(chǎn)生的控制信號傳到驅(qū)動電路，驅(qū)動電路把控制信號轉(zhuǎn)換為加在IGBT控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。電力電子器件在實際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動電路，保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。α=180176。整流電路中的晶閘管在觸發(fā)信號的作用下動作，以發(fā)揮整流電路的整流作用。當(dāng)逆變管開通時，迅速下降，迅速升高，并聯(lián)在逆變管兩端的電容由于電壓降低，將通過逆變管放電，這將加速電流的增長率，造成IGBT的損壞。為了避免出現(xiàn)這一現(xiàn)象，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，和的作用就是消耗掉這部分能量。濾波電容濾除整流后的電壓波紋，并在負(fù)載變化時保持電壓平穩(wěn)。電路原理框圖如圖2示。考慮到全控型器件的動靜態(tài)特性和安全性，我們采用智能功率模塊IPM。頻率檢測電路通過交流電流互感器得到小信號交流電然后經(jīng)過阻容濾波后得到與原信號同頻率的信號，再經(jīng)過過零比較器后輸出為規(guī)則變化的高低電平，即一個周期有兩個電平變化信號，這些信號可以為單片機所識別。當(dāng)負(fù)半周時，電感中的電流將經(jīng)由DD4提供。2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，盡管C較小,所以剛過90176。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2. 濾波電路基礎(chǔ)(1) 濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。出現(xiàn)換相重疊角γ，整流輸出電壓平均值Ud降低。變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點：在VT1處于通態(tài)的120176。時（如a=60176。或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。 圖210 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時的電路及波形單相全控橋中，每個導(dǎo)電回路中有2個晶閘管，為了對每個導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個晶閘管就可以了，另1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。直流回路的平均電流為： （22）回路中的電流有效值為： （23）由