一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變頻器，具體涉及一種級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國煤炭生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，礦用防爆變頻器在煤礦井下的調(diào)速應(yīng)用發(fā)揮了良好的調(diào)速性能和節(jié)能降耗的作用，并得到了廣泛的應(yīng)用。目前礦用防爆變頻器向高電壓、大功率趨勢發(fā)展。而級聯(lián)H橋式高壓變頻調(diào)速技術(shù)是在高壓變頻領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢的一種技術(shù)。
[0003]傳統(tǒng)級聯(lián)型礦用高壓防爆變頻器采用的功率單元輸出電壓為低電壓，功率單元采用兩電平電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此要構(gòu)成高壓、大功率變頻器就需要每一相串聯(lián)多個功率單元。功率單元的數(shù)目增加將導(dǎo)致變頻器的體積增大。功率單元需要獨立的直流電源，功率單元數(shù)目越多，需要的直流電源數(shù)目也越多，造成移相變壓器的體積增大、成本升高。礦井下巷道空間狹小，設(shè)備體積太大不便于運輸及安裝。此外，功率單元數(shù)目越多，需要的可控開關(guān)器件也越多，系統(tǒng)可靠性下降，損耗增加、效率降低。功率單元數(shù)目越多，功率節(jié)點數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，連接難度越大。傳統(tǒng)級聯(lián)型礦用高壓防爆變頻器采用的功率單元為兩電平橋式結(jié)構(gòu)，雖然這種電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出諧波較高，對所拖電機的耐壓要求也較高，易造成電機燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，所需的功率單元模塊數(shù)目少，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，體積小。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，所述變頻器由依次連接的移相變壓器、變頻器主體和輸出濾波器三部分組成；所述變頻器主體每相只串聯(lián)一個功率單元，所述功率單元的輸出電壓為3.4kV高電壓，變頻器整機輸出的線電壓為6kV ;所述變頻器的預(yù)充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內(nèi)。
[0007]所述移相變壓器一次側(cè)輸入電壓為10kV，二次側(cè)輸出三組3.4kV隔離電壓。
[0008]所述功率單元包括依次連接的整流部分、直流濾波部分和逆變輸出部分；所述整流部分采用6脈波整流電路，由6個整流二極管組成，每兩個整流二極管串聯(lián)構(gòu)成一條支路，6個整流二極管構(gòu)成的三條支路并聯(lián)形成整流部分；所述直流濾波部分由串聯(lián)的2個濾波電容和串聯(lián)的2個均壓電阻再并聯(lián)后形成；所述逆變輸出部分采用二極管箝位式三電平橋式電路結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)包括8個高壓IGBT和反并聯(lián)在每個高壓IGBT上的高壓二極管，每4個高壓IGBT串聯(lián)構(gòu)成一個橋臂，8個高壓IGBT構(gòu)成的兩個橋臂并聯(lián)后接入回路；直流濾波部分的中心點O由并聯(lián)在一個橋臂上的兩個箝位二極管或另一個橋臂上的兩個箝位二極管引出，并分別接到兩個橋臂的中間。
[0009]所述預(yù)充電部分由高壓真空接觸器及預(yù)充電阻組成，預(yù)充電部分位于移相變壓器的一次側(cè)。
[0010]所述濾波電容采用高壓大容量薄膜電容。
[0011]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點:
[0012]1、功率單元采用高輸出電壓功率單元，每個功率單元輸出電壓為3.4kV，這樣變頻器每相只需串聯(lián)I個功率單元，輸出線電壓即可達(dá)到6kv。本發(fā)明減少了功率單元的數(shù)目，減小了變頻器主體的體積，減少了器件的數(shù)目，電路結(jié)構(gòu)得到簡化，接線少，連接難度降低。功率單元的數(shù)目減少，所需的隔離電源數(shù)目也相應(yīng)減少，有助于減小移相變壓器的體積。
[0013]2、功率單元逆變輸出部分采用三電平結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)相比，輸出波形得到改善，諧波小，損耗低，效率高。
[0014]3、傳統(tǒng)變頻器的預(yù)充電部分位于整流部分與直流濾波部分之間。預(yù)充電部分的高壓真空接觸器及預(yù)充電阻體積較大，將預(yù)充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內(nèi)，不但減少了預(yù)充電部分的數(shù)目，而且改善了變頻器主體機芯的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本，控制更加簡單，也有效減小了變頻器主體的體積。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是功率單元電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明所述級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器由移相變壓器、變頻器主體、輸出濾波器三部分組成。變頻器主體包括3個結(jié)構(gòu)相同的功率單元，每個功率單元構(gòu)成一相，功率單元輸出電壓為3.4kV，變頻器整機輸出線電壓為6kV。因為只有3個功率單元，所以移相變壓器只需提供3個隔離電源。
[0019]如圖1所示，由高壓真空接觸器及預(yù)充電阻組成的預(yù)充電部分位于移相變壓器的一次側(cè)。
[0020]功率單元原理電路如圖2所示，由整流部分、直流濾波部分和逆變輸出部分組成。整流部分采用6脈波整流電路，由6個整流二極管(VDl?VD6)組成。每兩個整流二極管串聯(lián)在一起構(gòu)成一條支路，三條支路并聯(lián)在一起。直流濾波部分由串聯(lián)的2個濾波電容(Cl?C2)和串聯(lián)的2個均壓電阻(R3?R4)組成，濾波電容采用高壓大容量薄膜電容。逆變器輸出部分采用二極管箝位式三電平橋式電路結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由高壓IGBT(VI1?VI8)和高壓二極管(VD11?VD18)組成。每個高壓IGBT均反并聯(lián)有二極管，每4個IGBT串聯(lián)構(gòu)成一個橋臂，兩個橋臂并聯(lián)后接入回路。直流濾波部分的中心點O由兩個箝位二極管VD7和VD8 (或VD9和VD10)引出，分別接到兩個橋臂的中間。
[0021]本發(fā)明的工作原理為:當(dāng)移相變壓器前級高壓斷路器閉合時，1kV高壓電送入移相變壓器，此時高壓真空接觸器處于斷開狀態(tài)，預(yù)充電阻接入主電路，預(yù)充電開始。當(dāng)預(yù)充電完成時，高壓真空接觸器閉合，將預(yù)充電阻短路。移相變壓器的二次側(cè)提供三組3.4kV電壓的隔離電源，分別為變頻器主體的三個功率單元供電。功率單元的整流部分將交流電變換成直流電，直流電經(jīng)過濾波電容濾波后，再由逆變部分變換成交流電，之后再經(jīng)過輸出濾波器，最終輸出給負(fù)載。
[0022]通過減少功率單元的數(shù)目，減少了變頻器主體的體積，也減少了獨立隔離電源的數(shù)目，有助于減小移相變壓器的體積，這些都有利于設(shè)備在礦井下的運輸、安裝與維護(hù)。此夕卜，功率單元數(shù)目的減少，減少了器件的數(shù)目，降低了損耗，設(shè)備的結(jié)構(gòu)得到簡化，接線難度降低，可靠性得到改善。功率單元逆變輸出部分采用三電平結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)相比，輸出波形得到改善，諧波小，損耗低，效率高。將預(yù)充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內(nèi)，減少了預(yù)充電部分的數(shù)目，改善了變頻器機芯的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本，控制更加簡單，也有效減小了變頻器的體積。
【主權(quán)項】
1.一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，其特征在于:所述變頻器由依次連接的移相變壓器、變頻器主體和輸出濾波器三部分組成；所述變頻器主體的每相只串聯(lián)一個功率單元，所述功率單元的輸出電壓為3.4kV高電壓，變頻器整機輸出的線電壓為6kV ;所述變頻器的預(yù)充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，其特征在于:所述移相變壓器一次側(cè)輸入電壓為10kV，二次側(cè)輸出三組3.4kV隔離電壓。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，其特征在于:所述功率單元包括依次連接的整流部分、直流濾波部分和逆變輸出部分；所述整流部分采用6脈波整流電路，由6個整流二極管組成，每兩個整流二極管串聯(lián)構(gòu)成一條支路，6個整流二極管構(gòu)成的三條支路并聯(lián)形成整流部分；所述直流濾波部分由串聯(lián)的2個濾波電容和串聯(lián)的2個均壓電阻再并聯(lián)后形成；所述逆變輸出部分采用二極管箝位式三電平橋式電路結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)包括8個高壓IGBT和反并聯(lián)在每個高壓IGBT上的高壓二極管，每4個高壓IGBT串聯(lián)構(gòu)成一個橋臂，8個高壓IGBT構(gòu)成的兩個橋臂并聯(lián)后接入回路；直流濾波部分的中心點O由并聯(lián)在一個橋臂上的兩個箝位二極管或另一個橋臂上的兩個箝位二極管引出，并分別接到兩個橋臂的中間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，其特征在于:所述預(yù)充電部分由高壓真空接觸器及預(yù)充電阻組成，預(yù)充電部分位于移相變壓器的一次側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，其特征在于:所述濾波電容采用高壓大容量薄膜電容。
【專利摘要】一種新型級聯(lián)型6kV礦用高壓防爆變頻器，所述變頻器由依次連接的移相變壓器、變頻器主體和輸出濾波器三部分組成；所述移相變壓器一次側(cè)輸入10kV，二次側(cè)輸出三組3.4kV隔離電壓；所述變頻器主體的每相只串聯(lián)一個功率單元，所述功率單元的輸出電壓為3.4kV高電壓，整機輸出的線電壓為6kV；所述功率單元包括依次連接的整流部分、直流濾波部分和逆變輸出部分，所述逆變輸出部分采用二極管箝位式三電平橋式電路結(jié)構(gòu)；所述變頻器將預(yù)充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內(nèi)；本發(fā)明減少了功率單元的數(shù)目，減小了變頻器主體的體積，減少了器件的數(shù)目，電路結(jié)構(gòu)得到簡化，接線少，連接難度降低,控制簡單，節(jié)約成本。
【IPC分類】H02M5/458
【公開號】CN104883075
【申請?zhí)枴緾N201510364138
【發(fā)明人】沈傳文, 劉宵辰, 林凱, 熊宗振
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月26日