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随着千万吨级煤矿不断出现,带式运输机的功率也不断增加,原有的CST驱动或防爆变频驱动带式输送机无法适应这一发展趋势。大同煤业集团同忻井田项目筹备处在国内首次采用了“变频器--长线电缆--电动机”构成的长线变频驱动方案。
长线变频驱动是将普通变频器置于井上,通过长线电缆连接全井下电机的驱动方式。这种方式即保留了井下防爆变频器驱动的诸多优点,又无需考虑隔爆,散热问题。变频器长线电缆(大于100m长的电缆)的使用使得电机端出现过电压现象,会危害电机,增加电能损耗,严重时会导致电机损毁。因此,如何减小电机过电压问题已成为国内外学者研究的热点问题之一。
本文首先基于均匀传输线理论,研究了电磁波在长线电缆上的传播特性,在以上分析基础上,基于matlab simpowersystem工具箱,建立了“变频器--长线电缆--电动机”系统电路模型,对不同长线电缆模型进行仿真验证,通过仿真验证了电机端的过电压现象。最后根据对长线传输理论的分析,得出了电机端的过电压与变频器输出脉冲的上升时间电缆分布参数和电缆长度相关的结论。因此,为了抑制电机端的过电压,主要可以从变频器拓扑结构和滤波器两个方面入手。
论文分析了几种常见的高压大功率变频器拓扑的结构、工作方式和特点,包括了变压器耦合输出型、多电平型和多重化型逆变器。通过分析得出单元串联多电平结构适用于长线驱动的结论,并通过仿真验证了这一结论。
为了使长线变频驱动适用于一般变频器,论文介绍了依据电缆的特性参数设计出变频器输出端RLC滤波器,从而保护电机,延长其使用寿命,提高了工作可靠性。这使得长线变频驱动能够得到更为广泛的应用。
最后论文设计了同忻煤矿带式输送机的监控系统。