变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全可靠性、延长设备使用寿命和提高产品质量等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。变频调速技术涉及到电力电子技术、微电子技术、信息与控制以及电动机等多个学科领域，变频调速理论已形成较为完善的科学体系，成为一门相对独立的学科。变频器自问世以来，经历40多年的发展，在欧美发达国家广泛使用，我国的空调、电梯、冶金、机械、电子、石化、纺织等行业应用十分广泛，目前在煤矿的矿井通风、空压机、水泵、提升机、皮带运输机等机械上也开始应用。这些变频器除了具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快和效率高等优点外，还在节能及延长机械使用寿命等方面有显著效果。通常情况下电压等级为660V以上、10 000V以下的变频器，也就是业内所说的中压变频器。
一、变频器的分类及工作原理
（一）变频器的分类
变频器根据有无直流环节可分为2大类：
1)无直流环节的变频器叫做交一交变频器，如图1所示。它是采用晶闸管(GTR)或可关断晶闸管(GTO)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等实现的无直流环节的直接由交流到交流的变频器。根据目前电子元器件水平，当额定电压超过3kV时，晶闸管等功率器件需要串联，所用的晶闸管等功率器件数量多。其优点是可驱动同步电机、异步电机，堵转转矩大，动态过载能力强，可群机拖动电机，四象限运行，效率高；缺点是功率因数与转速有关，低速时功率因数低，最大输出频率只能在电源输入频率以下，网侧谐波大。
2)有直流环节的变频器叫做交一直一交变频器，如图2所示，其中直流环节到逆变环节的滤波形式采用电容抑制电压波动的变频器叫做交一直一交电压源型变频器；直流环节到逆变环节的滤波形式采用电感抑制电流波动的变频器叫做交一直一交电流源型变频器。
（二）交一直一交变频器的工作原理
1．功率元件串联电压源变频器
功率元件串联多重化电压源型中、高压变频器是利用低压单相变频器串联，来弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。
所谓多重化技术，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。图3为6kV变频器的主电路拓扑图。
图4中的每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的三相输入，单相输出的低压的PWM电压型逆变器。
其不足是：
1)使用的功率单元及功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件（90只二极管，60只IGBT），装置的体积太大，重量大，安装位置和基建投资有困难；
2)无法实现能量回馈及四象限运行，且无法实现能耗制动；
3)当电网电压和电机电压不相同时无法实现旁路切换控制；
4)所需高压电缆非常多，系统的内阻无形中增大，接线太多，故障点相应的增多；
5)-个单元损坏时，单元可旁路，但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的，造成电压、电流不平衡，从而谐波也相应的增大，勉强运行时会导致电动机的损坏；
6)输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出；
7)由于系统中存在着变压器，系统效率再提高不容易实现；移相变压器中，6kV三相6绕组x3( IOkV时需12绕组x3)延边三角形接法，在三相电压不平衡（实际上三相电压是不可能绝对平衡的）时，产生的内部环流，必将引起内阻的增加和电流的损耗，造成变压器铜损增大。此时，再加上变压器铁芯的固有损耗，变压器的效率就会降低，从而影响了整个高压变频器的效率。这种情况在越低于额定负荷运行时，越是显著。lOkV时，变压器有近400个接头近百根电缆。在额定负荷时效率可达96%，但在轻负荷时，效率低于900/0；
8)同时控制2台电动机时，无法实现共用直流母线整流方式，只能单台整流逆变控制单台电动机。
2．电流源型中高压变频器
功率器件直接串联的电流源型中高压变频器是在线路中串联大电感，再将SCR(或GTO、SGCT等)开关速度较慢的功率器件直接串联而构成的。如图5所示。
这种方式使用功率器件少、易于控制电流，但是没有真正解决中高压功率器件的串联问题。因为即使功率器件出现故障，由于大电感的限流作用，di/dt受到限制，功率器件虽不易损坏，但带来的问题是对电网污染
严重、功率因数低。
电流源型中高压变频器对电网电压及电机负载的变化敏感，无法做成真正的通用型产品。电流源型中高压变频器是最早的产品，现在凡是电压型变频器到达的地方它都被迫退出，因为在经济上、技术上，它都明显处于劣势。
二、变频器的主要功能参数
一、；
1)辅助电源：50Hz，380V三相。
2)具有标准的RS485计算机接口。
3)具备的�；すδ埽汗缌�、短路、接地、输入电源断相、输出断相、过电压、欠电压、过温、电机过载、电机失步等保护。其中：
过电流：200%le立即�；�；
短路：变频器输入、输出侧三相电压任两相短路，整机立即�；ね；�。
接地：变频器输入、输出侧三相电压任一相接地，整机立即保护�；�。
输入电源断相：变频器输入侧三相电压任一相断电，整机立即�；ね；�。
输出断相：变频器输出侧三相电压任一相断电，整机立即�；ね；�。
过压：至变频器输入端电压超过+IO% Ue，立即保护；
欠压：至变频器输入端电压低于-15% Ue，立即�；�；
过温（热）：变频器内部或电动机（电动机必须加装传感器）温度超过80C，立即�；ね；�；
过载：150%额定负载，时间1min，每lOmin-个间隔；200a/o额定负载立即�；ぃ�
4)电机失步：2台电动机的转速通过速度传感器反馈至变频器，变频器根据PLC的指令及负载转矩，自动调整电动机转速以保证2台电动机同步。
三、变频器的应用实例简介
目前，煤矿胶带主运输系统正向多电机、可控驱动和监测监控�；は低称肴�、自动化程度高的方向发展。大多数主运输系统采用3台电机驱动，以满足重载起动。其控制系统如图6所示。
变频器1控制同轴驱动的2台电动机，变频器l采用共用直流母线、同一指令信号、直接速度控制技术、分开逆变单独驱动同轴电动机Ml和M2;使得电动机Ml正转、电动机M2反转。变频器2控制处于皮带中间的一台电动机，采用直接速度控制技术控制此台电动机的转速。由于变频器l和变频器2都采用了“无速度传感器的直接速度控制技术”，因此，2台变频器可根据负载力矩的变化自动跟踪调节转速。
某煤矿原设计规模为400万t/a．胶带机由外国公司总承包，胶带输送机参数为：带宽B：1 400mm，输送能力Q=1 700t/h，长度L =2 668m，提升高度H=192m，速度V=4m/s，带强ST4000S。胶带输送机的基本要求为：主斜井胶带输送机采用中压变频驱动，，驱动电机功率为3x500kW，控制部分为GE公司的PLC控制系统，减速器采用戴维·布朗公司产品，机架、托辊由国内公司生产，滚筒由外国公司生产，胶带为引进德国公司钢绳芯胶带。
该胶带输送机1995年投入使用。使用初期，变频调速系统采用国产模拟控制产品，该技术为变频调速技术在我国胶带输送机系统应用的初级阶段，由于是新技术，使用人员素质跟不上，加之产品质量与整套进口产品质量相差较大，在交变荷载的作用下，多次出现减速器输出轴断裂及咬齿事故，故障率高、维护量大。
2005年2月，为了改善原系统不合理环节和满足煤炭产量日益增长的需要，该煤矿对驱动装置和变频调速系统进行改造。把变频调速系统改为SIMENS的2 300V中压变频器（共3台），驱动电机功率由原来的3x500kW的改为3x750kW，减速器改为弗兰德产品，电机采用SIMENS产品，控制系统也由SIMENS公司改造。自2005年改造后，产量由原来的400万t/a增加到的800万t/a．工作时间由原来14h/d增加到20h/d。运行基本稳定，达到了预期目的。
21某矿主井使用的提升胶带机，也为变频调速系统，参数为：胶带宽度B=1 600mm，长L=1 800m，速度y =4.5m/s，能力Q=3 000t/h，提升高度H=210m，使用SIMENS的2 300kV中压变频器3台，驱动功率P~3x1 070kW，使用SEW公司的减速器。设备整体运行良好。
四、结语
中压大功率变频器已在煤矿得到成功应用。随着变频器在煤矿的推广应用，必将引起传统运输驱动方式的变革。
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