【文章內(nèi)容簡介】 “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?！?8176。,局部達到25176。～30176。,從現(xiàn)場運行情況來看,四象限變頻器調(diào)速電牽引采煤機在大傾角工作面能較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)制動力矩,維持牽引速度基本不變,機器沒有發(fā)生下滑跑車的現(xiàn)象,而且結(jié)構(gòu)簡單,控制靈活,操作方便,速度調(diào)節(jié)可靠.（4）在提升機中的應(yīng)用 新柏煤礦公司與唐山開誠電器公司合作,這是西北礦區(qū)首家選用交流四象限變頻調(diào)速技術(shù)的企業(yè)[13].系統(tǒng)采用無速度傳感器矢量控制方式,四象限運行,設(shè)有過壓、欠壓、過流、[14],設(shè)計有專門的控制軟件,同時具有很高的兼容性,提供了完善的輸入輸出接口電路,能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制.（5）在膠帶輸送機和電鏟中的應(yīng)用 興隆莊煤礦西上山膠帶輸送機采用四象限變頻調(diào)速技術(shù)后,解決了采用液力耦合器裝置時下行運輸皮帶機在啟動、運行、制動中形成的電機失控問題[15]. 變頻器可隨時將電機產(chǎn)生的負力回饋到電網(wǎng)中,減少發(fā)熱損耗,解決了機械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的沖擊問題,(挖掘機)是露天礦山用于裝載礦石、巖石的大型設(shè)備,其工作條件非常惡劣,特別是在爆破不好的情況下挖根底作業(yè),經(jīng)常出現(xiàn)過大的沖擊載荷,我國有個別礦山從美國B E公司引進了變頻器鼠籠型電動機系統(tǒng)[16],系統(tǒng)的機械特性曲線面積大,四象限運行,能快速地進行加速、減速、反轉(zhuǎn)和制動.變頻技術(shù)在礦山機電設(shè)備中應(yīng)用越來越多,但應(yīng)用還不普及,如露天開采的牙輪鉆機,美國B E公司已在55R型牙輪鉆機上應(yīng)用,我國還在開發(fā)試驗之中,尚未推廣應(yīng)用[16].因此,變頻技術(shù)在我國礦山機電設(shè)備中還有很大的發(fā)展空間.(1),變頻器如能解決好與這些設(shè)備的匹配問題,就能得到更廣泛的推廣.(2),在機電設(shè)備的改造中必然需要大量的變頻器,這就會極大地推動變頻技術(shù)在礦山的發(fā)展.(3),如井下工作等,需要具有特殊功能的專業(yè)變頻器配置這些裝備.(4)多功能、,礦山改造過程中對變頻器的使用和控制也會呈現(xiàn)多功能化的趨勢,對變頻器的控制也會成為礦山網(wǎng)絡(luò)化管理中的一個重要環(huán)節(jié).第2章 變頻電源基礎(chǔ). 整流電路基礎(chǔ) （1）單相橋式半波整流電路 a、帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用。 圖1 單相半波可控整流電路及波形VT的α移相范圍為180176。 電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同結(jié)合圖1進行工作原理及波形分析。幾個概念的解釋：Ud為脈動直流，波形只在U2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流。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。Ud波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路。 幾個重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用a表示，也稱觸發(fā)角或控制角。導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用θ表示。 基本數(shù)量關(guān)系。直流輸出電壓平均值為：（21）這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。直流回路的平均電流為： （22）回路中的電流有效值為： （23）由式2. 式2. 3可得流過晶閘管的電流波形系數(shù)： （24）電源供給的有功功率為： （25）其中U為R上的電壓有效值：電源側(cè)的輸入功率為：功率因素為： （26）當α=0時，α越大，cosα越低，α=π?？梢姡M管是電阻負載，電源的功率因素也不為1。這是單相半波電路的缺陷。（2）單相橋式全控整流電路單相整流電路中應(yīng)用較多的a 帶電阻負載的工作情況工作原理及波形分析見圖2：VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關(guān)斷；VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關(guān)斷。 數(shù)量關(guān)系：a 角的移相范圍為180176。圖2 單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形 （210）（211） （212）（213） （214）不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2 。b 帶阻感負載的工作情況假設(shè)負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。（215）晶閘管移相范圍為90176。晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。晶閘管導通角θ與a無關(guān)，均為180176。變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各180176。的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。圖26 單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形c 帶反電動勢負載時的工作情況在|u2|E時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能，導通之后，ud=u2， ，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度δ停止導電，δ稱為停止導電角。 （216）圖27 單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負載時的電路及波形 在a 角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。如圖27b所示id波形在一周期內(nèi)有部分時間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。與此對應(yīng)，若id波形不出現(xiàn)為0的點的情況，稱為電流連續(xù)。當觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當wt=δ時刻有晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發(fā)角被推遲為δ。負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動機的機械特性將很軟。為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導通的時間。這時整流電壓ud的波形和負載電流id的波形與電感負載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式亦一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出： （217）圖28 單相橋式全控整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況 圖29 單相全波可控整流電路及波形 單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。 兩者的區(qū)別：（1）單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復雜，繞組及鐵芯對銅、鐵等材料的消耗多；（2）單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓為 ，是單相全控橋的2倍；（3）單相全波導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個從上述（2）、（3）考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。 圖210 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負載時的電路及波形單相全控橋中，每個導電回路中有2個晶閘管，為了對每個導電回路進行控制，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。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）。 半控電路與全控電路在電阻負載時的工作情況相同，單相半控橋帶阻感負載的情況，假設(shè)負載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)。在u2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負載供電u2過零變負時，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導通。但因a點電位低于b點電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流在u2負半周觸發(fā)角a時刻觸發(fā)VT3，VT3導通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負載供電。u2過零變正時，VD4導通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零續(xù)流二極管的作用。若無續(xù)流二極管，則當a突然增大至180176。或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的情況，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。有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導通從而導致失控的現(xiàn)象。同時，續(xù)流期間導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)。圖211 單相橋式半控整流電路的另一接法（1）三相半波可控整流電路a 電阻負載 電路的特點：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)三個晶閘管分別接a、b、c三相電