一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的名稱是一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，涉及一種適用于兩種電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器。它主要是解決已知的變頻器只能輸出一種電壓等級(jí)，對(duì)于同時(shí)使用兩種電壓的場合，需要配備兩種電壓等級(jí)的變頻器，通用性不強(qiáng)的問題。本實(shí)用新型的四象限整流單元的輸入端與輸入電抗器連接，輸出端與三個(gè)逆變單元的輸入端連接，三個(gè)逆變單元的輸出端分別與輸出電抗器連接，三個(gè)逆變單元的輸出端連接有將三個(gè)逆變單元星形連接的星形變換接觸器，以及將三個(gè)逆變單元三角形連接的三角形變換接觸器。本實(shí)用新型的變頻器可以適合不同電壓等級(jí)的負(fù)載，且容量保持不變；整個(gè)變頻器實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，易于維護(hù)，采用水冷冷卻，散熱效率高，輸出容量大。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種大容量防爆變頻器，具體是涉及一種適用于煤礦井下環(huán)境的 兩種電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器。 一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器
【背景技術(shù)】
[0002] 已知煤炭石化等行業(yè)，其生產(chǎn)場合屬于爆炸性環(huán)境，如有爆炸性氣體、蒸汽或粉 塵，在此環(huán)境下工作的變頻調(diào)速裝置，要求具備防爆性能；目前煤礦井下主流電壓等級(jí)為 660 V或1140V，而井下應(yīng)用的變頻器不具備兼顧兩種電壓等級(jí)的能力，變頻器只能輸出一 種電壓等級(jí)，即660V或1140V ;煤礦井下的負(fù)載具有多樣性，如膠帶輸送機(jī)、水泵、乳化液泵 等，要求重載啟動(dòng)，頻繁調(diào)速，因此，要求變頻調(diào)速設(shè)備具有較高的兼容性；現(xiàn)在主流的主電 路拓?fù)淙鐖D1所示，變頻器主回路包括斷路器、三相整流器、濾波電容、IGBT逆變器等；徐州 中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司申請(qǐng)的《一種大功率三電平防爆變頻器》發(fā)明專利提出了一 種大功率三電平防爆變頻器，包括3個(gè)相同的單元組件、載重導(dǎo)軌和后蓋，每個(gè)單元組件包 括功率單元、母線、主電容、補(bǔ)償電容和散熱器，功率單元等間距的分布在散熱器的基板上， 且與散熱器的基板固定連接，母線包括交流側(cè)和直流側(cè)，交流側(cè)與功率單元連接，直流側(cè)通 過螺栓固定在主電容的接線柱上，母線的交流側(cè)和直流側(cè)之間通過銅牌用螺栓連接，補(bǔ)償 電容與功率單元連接，且安裝在母線的交流側(cè)上，各單元組件之間通過母線的直流側(cè)的銅 牌連接。有益效果是一旦出現(xiàn)故障或損壞時(shí)，只需更換相應(yīng)的單元，能最大限度的減少設(shè)備 維護(hù)對(duì)正常生產(chǎn)帶來的影響。英威騰電氣股份有限公司申請(qǐng)的《防爆變頻器機(jī)芯以及防爆 變頻器》實(shí)用新型專利公開了防爆變頻器機(jī)芯以及防爆變頻器，包括：一背板；安裝在所述 背板上，用于將輸入的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電的一整流單元；安裝在所述背板上，用于將 輸入的直流電轉(zhuǎn)化為三相交流電的一逆變單元；安裝在所述背板上，主要用于濾波儲(chǔ)能的 一電容組件；其中，所述電容組件位于所述整流單元和逆變單元之間，所述整流單元、逆變 單元和電容組件排列在所述背板的同一面上并緊密相連，該發(fā)明提供的技術(shù)方案能夠有效 減小防爆變頻器機(jī)芯的體積。上述防爆變頻器的輸出電壓均為單一電壓等級(jí)，對(duì)于同時(shí)使 用660VU140V的井下場合，需要配備兩種電壓等級(jí)的防爆變頻器，因此，防爆變頻器的通 用性不強(qiáng)。現(xiàn)有防爆變頻器一般使用風(fēng)冷，冷卻效率較低，因此，變頻器容量較小。現(xiàn)有防 爆變頻器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，給維護(hù)工作帶來一定的不變。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述的不足，而提出的一種輸出兩種電壓等級(jí)，且容量 不變，適應(yīng)井下多種負(fù)載，可以提高生產(chǎn)設(shè)備的兼容性，冷卻效率高，防爆變頻器容量大，采 用模塊化設(shè)計(jì)方案，方便組裝和維護(hù)的大容量防爆變頻器。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：變頻器的四象限整流單元的輸入端與輸入電抗器 連接，輸出端與三個(gè)逆變單元的輸入端連接，三個(gè)逆變單元的輸出端分別與輸出電抗器連 接，三個(gè)逆變單元的輸出端連接有將三個(gè)逆變單元星形連接的星形變換接觸器，以及將三 個(gè)逆變單元三角形連接的三角形變換接觸器。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的三個(gè)逆變單元均是單相逆變單元。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的四象限整流單元和一個(gè)逆變單元組成一個(gè) 功率模塊，另兩個(gè)逆變單元組成另一個(gè)功率模塊；所述的兩個(gè)功率模塊設(shè)在變頻器內(nèi)的兩 個(gè)內(nèi)腔中的B腔內(nèi)。
[0007] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的星形變換接觸器和三角形變換接觸器安裝 在兩個(gè)功率模塊下方的底板上，與兩個(gè)功率模塊之間采用電纜連接。
[0008] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的輸出電抗器和輸入電抗器設(shè)在變頻器內(nèi)的 兩個(gè)內(nèi)腔中的A腔內(nèi)。
[0009] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的固定輸出電抗器和輸入電抗器的A腔中設(shè) 有進(jìn)水管和出水管。
[0010] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的一個(gè)四象限整流單元和三個(gè)逆變單元采用 共直流母線的工作方式。
[0011] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的兩個(gè)功率模塊均采用低電感母排連接。
[0012] 本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 1、防爆變頻器的三個(gè)逆變單元輸出端能夠進(jìn)行星形接法、三角形接法的變換，能 夠兼顧兩種電壓等級(jí)，即1140V電壓或660V電壓，可以適合不同電壓等級(jí)的負(fù)載；
[0014] 2、防爆變頻器輸出1140V電壓或660V電壓時(shí)，容量保持不變；
[0015] 3、各個(gè)功率模塊的主回路相對(duì)獨(dú)立，一個(gè)整流單元和三個(gè)逆變單元采用共直流母 線工作方式；整個(gè)變頻器實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，易于維護(hù)；
[0016] 4、采用水冷的冷卻方式，散熱效率高，防爆變頻器輸出容量大；
[0017] 5、對(duì)于防爆變頻器三個(gè)逆變單元輸出端的星形接法、三角接法兩種接法，共用一 個(gè)輸出電抗器，電路結(jié)構(gòu)簡單可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是已有技術(shù)的電原理圖。
[0019] 圖2是本實(shí)用新型的電原理圖。
[0020] 圖3是本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0021] 圖4是圖1中功率模塊6的結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖5是圖1中功率模塊4的結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖6是圖1中功率模塊6的電原理圖。
[0024] 圖7是圖1中功率模塊4的電原理圖。
[0025] 圖8是圖2中輸出端星形連接的電原理圖。
[0026] 圖9是圖2中輸出端三角形連接的電原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 如圖2所示，本實(shí)用新型包括逆變單元1、逆變單元2、逆變單元3、四象限整流單元 5、輸出電抗器7、星形變換接觸器8、三角形變換接觸器9、輸入電抗器10 ;四象限整流單元 5的輸入端上連接有輸入電抗器10,三個(gè)逆變單元1、2、3的輸入端與四象限整流單元5的 輸出端連接，三個(gè)逆變單元1、2、3的輸出端分別與輸出電抗器7連接；三個(gè)逆變單元1、2、 3的輸出端連接有將三個(gè)逆變單元1、2、3星形連接的星形變換接觸器8,以及將三個(gè)逆變單 元1、2、3三角形連接的三角形變換接觸器9，三個(gè)逆變單元1、2、3均是單相逆變單元，三個(gè) 逆變單元1、2、3輸出的單相電壓之間相互錯(cuò)角120° ;本實(shí)用新型中，輸出電抗器7的作用 是：三個(gè)逆變單元1、2、3星形連接或三角形連接時(shí)，都能抑制變頻器輸出的du/dt ;在三個(gè) 逆變單元1、2、3三角形連接時(shí)，還能抑制三個(gè)逆變單元1、2、3之間的環(huán)流，輸出電抗器7只 需要一個(gè)，而不需要三角形連接或星形連接時(shí)分別設(shè)置一個(gè)電抗器。四象限整流單元5、逆 變單元1組成功率模塊6,逆變單元2和逆變單元3組成功率模塊4 ;功率模塊4和功率模 塊6分別配置了一個(gè)控制盒，控制盒中放置控制器；通過星形變換接觸器8、三角形變換接 觸器9可以改變?nèi)齻€(gè)逆變單元1、2、3的連接方式，得到兩種輸出電壓，即星形變換接觸器8 合閘、三角形變換接觸器9分閘，三個(gè)逆變單元1、2、3輸出端為星形連接，變頻器輸出1140V 電壓；星形變換接觸器8分閘、三角形變換接觸器9合閘，三個(gè)逆變單元1、2、3輸出端為三 角形連接，變頻器輸出660V電壓。三個(gè)逆變單元1、2、3星形連接輸出1140V電壓或三角形 連接輸出660V電壓時(shí)，防爆變頻器的輸出容量保持不變。
[0028] 如圖3所示，本實(shí)用新型的變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是，防爆柜體內(nèi)部設(shè)有一塊隔離板 15,將柜體內(nèi)部空腔分隔為兩個(gè)內(nèi)腔，即A腔和B腔，隔板15具有一定的隔熱功能，兩個(gè)內(nèi) 腔之間的發(fā)熱互不干擾。同時(shí)，隔板15具有一定的電磁隔離作用，隔板15與防爆殼體一起 組成了電磁屏蔽空間，兩個(gè)內(nèi)腔之間無電磁干擾；本實(shí)用新型的輸出電抗器7和輸入電抗 器10放置于A腔，可以避免兩個(gè)電抗器工作時(shí)產(chǎn)生的高溫影響到其它器件的正常工作；兩 個(gè)電抗器7、10都是較笨重的器件，維護(hù)工作量少，因此單獨(dú)放置，減少了維護(hù)工作量。本實(shí) 用新型的功率模塊4和功率模塊6采用螺栓固定在背板16上面，背板16設(shè)置了內(nèi)螺紋，在 面向功率模塊4、6的方向，即正視方向即可方便地安裝、拆卸功率模塊和4功率模塊6,維護(hù) 方便。為了加強(qiáng)背板16的強(qiáng)度，在背板16的背面設(shè)置了加強(qiáng)鋼條。星形變換接觸器8和 三角形變換接觸器9安裝在功率模塊4和功率模塊6的下方，固定在底板上，與功率模塊4、 功率模塊6之間采用電纜連接。本實(shí)用新型的水路的布置結(jié)構(gòu)是進(jìn)水管12用于進(jìn)水，出水 管11用于出水，進(jìn)水管12、出水管11采用鋼管。功率模塊4和功率模塊6與水管之間采用 軟管13連接，并且采用了快速插拔水接頭，插拔時(shí)不漏水，維護(hù)方便。進(jìn)水管12、出水管11 從放置輸出電抗器7和輸入電抗器10的A腔中穿過，對(duì)A腔具有一定的冷卻作用。該水冷 方式的冷卻效率高，因此功率器件IGBT的容量利用率高，防爆變頻器的輸出容量大。本實(shí) 用新型的直流側(cè)母排的布置結(jié)構(gòu)是：功率模塊4和功率模塊6之間采用銅排14將直流側(cè)連 接在一起；四象限整流單元5和逆變單元1之間的直流側(cè)，由功率模塊6內(nèi)部的低感母排連 接在一起；逆變單元2和逆變單元3之間的直流側(cè)，由功率模塊4內(nèi)部的低感母排連接在一 起。一個(gè)整流單元即四象限整流單元5,和三個(gè)逆變單元即逆變單元1、逆變單元2、逆變單 元3,采用共直流母線工作方式。
[0029] 如圖4、6所示，本實(shí)用新型的功率模塊6由四象限整流單元5、逆變單元1組成。四 象限整流單元5是三相四象限整流器，逆變單元1是單相逆變器，整個(gè)功率模塊6由IGBT、 直流電容、電阻以相應(yīng)的附件組成。本實(shí)用新型的防爆變頻器，整流側(cè)采用四象限整流方 式，輸入功率因數(shù)高，諧波含量符合國標(biāo)要求；功率模塊6包括10個(gè)IGBT功率器件21、控 制盒22、安全金屬膜式電容23、低感母排27、基板29 ;基板29既作為冷卻板，也作為功率模 塊6的固定板；基板29上面鉆有通孔，便于固定功率模塊6 ;基板29上具有進(jìn)水孔24和出 水孔26 ;基板29內(nèi)部設(shè)有冷卻水路；進(jìn)水孔24和出水孔26采用快速插拔水接頭，插拔時(shí) 不漏水；功率模塊6上面配置有手柄25,便于組裝；輸出銅排端子28用于輸出側(cè)的接線，輸 入側(cè)的接線在功率模塊6的下端；低感母排27作為功率模塊6的直流側(cè)，其上面的接線柱 可以將直流側(cè)與功率模塊4直流側(cè)連接在一起。
[0030] 如圖5、7所示，本實(shí)用新型的功率模塊4包括逆變單元2和逆變單元3,逆變單元 2和逆變單元3均是單相逆變器，整個(gè)功率模塊4由直流電容、電阻、IGBT以及相應(yīng)附件組 成。功率模塊4包括8個(gè)IGBT功率器件31、控制盒32、安全金屬膜式電容33、低感母排37、 基板39 ;基板39既作為冷卻板，也作為功率模塊4的固定板；基板39上面開鉆有通孔，便 于固定功率模塊；基板39上具有進(jìn)水孔34和出水孔36 ;基板39內(nèi)部設(shè)有冷卻水路。進(jìn)水 孔34和出水孔36采用快速插拔水接頭，插拔時(shí)不漏水。功率模塊4上面配置有手柄35,便 于組裝。輸出銅排端子38用于逆變單元2輸出側(cè)的接線，逆變單元3的輸出側(cè)接線在功率 模塊4的下端。低感母排37作為功率模塊4的直流側(cè)，其上面的接線柱可以將直流側(cè)與功 率模塊6直流側(cè)連接在一起。功率模塊4包含逆變單元和逆變單元3,二者共直流母線。
[0031] 本實(shí)用新型的防爆變頻器的控制系統(tǒng)均集成在控制盒22和控制盒32內(nèi)，控制盒 采用金屬屏蔽結(jié)構(gòu)?？刂坪袑?shí)現(xiàn)系統(tǒng)檢測、切換、保護(hù)、控制等功能，具備本質(zhì)安全功能。本 實(shí)用新型的防爆變頻器采用無速度傳感器矢量控制方式，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，控制精 度高，響應(yīng)速度快。三個(gè)逆變單元1、2、3輸出的單相電壓之間相互錯(cuò)角120°，由控制盒22、 控制盒33進(jìn)行控制。
[0032] 如圖8所示，本實(shí)用新型的防爆變頻器輸出1140V電壓。每個(gè)逆變單元的逆變單 元輸出為660V電壓，星形變換接觸器8合閘，三角形變換接觸器9分閘，從而形成了 1140V 電壓輸出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；三個(gè)逆變單元的VI、V2、V3短接在一起，形成中性點(diǎn)；三個(gè)逆變單元 的U1、U2、U3作為三相輸出，此時(shí)防爆變頻器輸出1140V電壓。
[0033] 如圖9所示，本實(shí)用新型的防爆變頻器輸出660V電壓。每個(gè)逆變單元的逆變單元 輸出為660V電壓，星形變換接觸器8分閘，三角形變換接觸器9合閘，從而形成了 660V電 壓輸出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；三個(gè)逆變單元的U1/V1、U2/V2、U3/V3首尾依次相連，形成三角形接法， 防爆變頻器輸出660V電壓。
【權(quán)利要求】
1. 一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征是：四象限整流單元（5)的 輸入端與輸入電抗器（10)連接，輸出端與三個(gè)逆變單元（1、2、3)的輸入端連接，三個(gè)逆變 單元（1、2、3)的輸出端分別與輸出電抗器（7)連接，三個(gè)逆變單元（1、2、3)的輸出端連接有 將三個(gè)逆變單元（1、2、3)星形連接的星形變換接觸器（8)，以及將三個(gè)逆變單元（1、2、3)三 角形連接的三角形變換接觸器（9 )。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征是： 所述的三個(gè)逆變單元（1、2、3)均是單相逆變單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征是： 所述的四象限整流單元（5)和一個(gè)逆變單元（1)組成一個(gè)功率模塊（6)，另兩個(gè)逆變單元 (2、3)組成另一個(gè)功率模塊（4);所述的兩個(gè)功率模塊（4、6)設(shè)在變頻器內(nèi)的兩個(gè)內(nèi)腔中的 B腔內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征 是：所述的星形變換接觸器（8)和三角形變換接觸器（9)安裝在兩個(gè)功率模塊（4、6)下方 的底板上，與兩個(gè)功率模塊（4、6)之間采用電纜連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征是： 所述的輸出電抗器（7)和輸入電抗器（10)設(shè)在變頻器內(nèi)的兩個(gè)內(nèi)腔中的A腔內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征是： 所述的固定輸出電抗器（7)和輸入電抗器（10)的A腔中設(shè)有進(jìn)水管（12)和出水管（11)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征是： 所述的一個(gè)四象限整流單元（5)和三個(gè)逆變單元（1、2、3)采用共直流母線的工作方式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兼顧多輸出電壓等級(jí)的大容量防爆變頻器，其特征是： 所述的兩個(gè)功率模塊（4、6)均采用低電感母排連接。
【文檔編號(hào)】H02M5/48GK203896201SQ201420307202
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】敬華兵, 梁金成, 彭力, 亢黎明, 楊永龍, 周洪生 申請(qǐng)人:襄陽南車電氣系統(tǒng)技術(shù)有限公司