礦用隔爆兼本質安全型變頻器的製作方法

2024-01-19 20:20:15 2

專利名稱：礦用隔爆兼本質安全型變頻器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種礦用變頻調速系統，具體地說，涉及一種礦用變頻器。
背景技術：
變頻調速是近年來迅速發展且應用勢頭良好的交流電機調速方法，變頻調速裝置 的核心是變頻器，其結構和種類很多，但功能基本一致。從半導體器件看，國外變頻器的發 展是隨著逆變器件的發展而發展的，開始用晶閘管，它的缺點為調製頻率低、控制複雜、效 率低、容量大、電壓高；以後全控器件GTO晶閘管和BJT逐漸代替了晶閘管，但GTO晶閘管的 關斷電流增益太小，過電流保護比較困難，調製頻率低，用BJT組裝的直流斬波器和PWM變 頻器雖然效果可以，但輸出電壓低，容量也不大(不超過460V、400kW)。隨著半導體技術的 發展，國外出現了以IGBT為逆變器件的變頻器，其集電極與射極間的飽和電壓大大降低， 從而使變頻器主電路的損耗大大降低。目前，國內大型設備上的調速大多數採用變速聯軸 節和調速電機，諸如煤礦用的採煤機、掘進機和帶式輸送機，其調速大部分都採用液力式變 速機，如可調型液力耦合器等；或者採用線繞式異步電動機，用轉子串電阻的方法調速，這 種方式屬於有級調速，啟動電流和換檔電流衝擊大，運行中調速不連續，容易掉道，故障率 高。根據我國煤炭工業的現狀和發展趨勢，目前礦山(尤其是國有大礦)綜採工作面大多 數以1140V作為井下供電系統的主導電壓，為此，防爆變頻器電壓選用1140V電壓等級。由 於國外沒有防爆變頻器，也沒有1140V的電壓等級，而且國外把1000V 3000V以上的電壓 等級歸入中壓，故給國內煤礦用戶的選型帶來一定的困難，加上煤礦井下環境惡劣，有甲烷 等爆炸性氣體和煤塵存在，終因防爆散熱問題得不到解決，使變頻器在煤礦井下使用受到 限制，安全可靠性差。

實用新型內容本實用新型針對現有防爆變頻器存在的電壓等級給變頻器選型帶來的困難、散熱 困難以及安全可靠性差等述不足，提供了一種控制電路簡單、可靠性高、且故障率低、調節 性能好的礦用隔爆兼本質安全型變頻器。本實用新型的技術方案為一種礦用隔爆兼本質安全型變頻器，包括整流迴路、濾 波迴路和IGBT逆變迴路，濾波迴路設置在整流迴路與IGBT逆變迴路之間，並分別與整流回 路和IGBT逆變迴路連接；所述的濾波迴路與IGBT逆變迴路之間依次連接有過壓欠壓保護 迴路、泵升保護迴路和過流保護迴路，其中，過壓欠壓保護迴路和過流保護電路分別與主控 制模塊連接；所述的主控制模塊通過IGBT驅動迴路與IGBT逆變迴路連接，並通過隔爆兼本 安電源供電；所述的整流迴路採用三相橋式不可控電路；優選的是，所述的IGBT逆變迴路為採用IGBT功率元件構成的三相逆變電路；優選的是，所述的過流保護迴路包括短路保護電路和過流保護電路；優選的是，所述的主控制模塊採用ABB控制晶片，並分別與鍵盤輸入和顯示輸出 連接；[0008]優選的是，所述的隔爆兼本安電源依次由防爆電纜、防爆外殼、輸入防爆接頭、內 部電路及輸出防爆接頭組成，來自安全環境的供電電壓，經過防爆電纜和輸入防爆接頭連 接到內部電路；優選的是，所述的內部電路主要包括保險絲及輸入濾波電路、電壓變換與調節電 路、多重化限壓限流電路三部分。本實用新型的有益效果是本實用新型主電路採用交-直-交電壓源型變頻器結 構，為減化控制難度，整流環節採用了三相橋式不可控電路，為減少電流的脈動諧波對逆變 環節的影響，採用電壓源形結構，實現中間環節的濾波，使其得到較為平滑的直流電壓，逆 變環節中主要採用IGCT功率元件，保證開通和關斷並具有較高的控制效率，得到理想的脈 衝電壓序列；且採用隔爆兼本安電源，安全性能好，可靠性高。本實用新型的主控制模塊採 用ABB控制晶片，簡化了控制電路和軟體設計，降低成本，提高可靠性。

附圖1為本實用新型具體實施例的結構框圖；附圖2為本實用新型具體實施例過壓欠壓保護迴路的原理圖。
具體實施方式
如圖1至2所示本實用新型具體實施例一種礦用隔爆兼本質安全型變頻器，包括 整流迴路、濾波迴路和IGBT逆變迴路，濾波迴路設置在整流迴路與IGBT逆變迴路之間，並 分別與整流迴路和IGBT逆變迴路連接；所述的濾波迴路與IGBT逆變迴路之間依次連接有 過壓欠壓保護迴路、泵升保護迴路和過流保護迴路，其中，過壓欠壓保護迴路和過流保護電 路分別與主控制模塊連接；所述的主控制模塊通過IGBT驅動迴路與IGBT逆變迴路連接， 並通過隔爆兼本安電源供電；所述的整流迴路採用三相橋式不可控電路。IGBT逆變迴路為 採用IGBT功率元件構成的三相逆變電路。過流保護迴路包括短路保護電路和過流保護電 路。主控制模塊採用ABB控制晶片，並分別與鍵盤輸入和顯示輸出連接。隔爆兼本安電源 依次由防爆電纜、防爆外殼、輸入防爆接頭、內部電路及輸出防爆接頭組成，來自安全環境 的供電電壓，經過防爆電纜和輸入防爆接頭連接到內部電路，本安電源輸入端工作電壓為 AC36V;內部電路主要包括保險絲及輸入濾波電路、電壓變換與調節電路、多重化限壓限流 電路三部分。其中電壓變換與調節電路，可為線性電源，也可為開關電源。如為線性電源， 需要先經工頻變壓器降壓，然後整流濾波，再經過線性調節電路；如為開關電源，需要先經 整流濾波，開關變換器進行變換和調節，再經高頻頻變壓器降壓，然後再進行整流濾波，就 將輸入的交流電壓(或直流電壓)，轉換為滿足要求的直流輸出電壓；還有一種是先經工頻 變壓器降壓，然後整流濾波，再通過隔離或非隔離的開關變換器進行變換後輸出。多重化限 壓限流電路的作用是將輸出的電壓、電流限制在一定的範圍內，以將輸出出現故障時的故 障火花能量控制在足夠小的範圍內，不致引燃危險環境的易燃易爆氣體，確保其輸出能滿 足本質安全要求。該變頻器的額定功率400KW，輸出電壓0至此1140V，額定功率400KW額定輸入電 壓1140V，額定輸入電流245A，額定輸入頻率50HZ，輸出電流0至245A，輸出頻率範圍0至 50HZ。[0015]工作原理過壓保護迴路的工作原理如下正常狀態下給定電壓高於採樣電壓，即LM339的 9腳電壓大於8腳電壓，14腳輸出高電平，相應的迴路未被啟動，保護不動作，當過電壓故 障發生時，採樣電壓大於給定電壓，比較器輸出低電平，發光二極體D41點亮，同時經由0V_ OUT端子將過壓信號送出交由相應的處理迴路處理。欠壓保護迴路的工作原理如下正常狀態下，採樣電壓高於給定電壓，比較器輸出 高電平，當故障發生時，採樣電壓低於給定電壓，比較器輸出低電平，發光二極體D42點亮。 UV_0UT為欠壓保護電路輸出端子，與0V_0UT端子相與後送中斷信號到控制電路，本系統中 是送到SLE4520的SET STATUS管腳封鎖SPWM波脈衝信號，此信號可進一步送到CPU中進 行進一步處理，包括中斷處理和故障顯示等。泵升保護迴路當電動機處於再生制動狀態時，電動機將再生的電能反饋給直流 迴路時，會產生泵升電壓，此時泵升保護迴路控制泵升電壓及其能量釋放，從而保護逆變器 中的元件。過流保護迴路過流保護包括短路和過流保護，當控制電路或驅動迴路誤動作，都 會造成逆變器的上下橋壁直通的短路故障，短路過電流通過逆變器件會造成IGBT等元件 的損壞，通過過流保護迴路在規定的時間內封鎖信號的輸出，使逆變器停止工作，同時使輸 入側整流前的電源開關跳閘，從而保護逆變器中的元件。
權利要求一種礦用隔爆兼本質安全型變頻器，其特徵在於包括整流迴路、濾波迴路和IGBT逆變迴路，濾波迴路設置在整流迴路與IGBT逆變迴路之間，並分別與整流迴路和IGBT逆變迴路連接；所述的濾波迴路與IGBT逆變迴路之間依次連接有過壓欠壓保護迴路、泵升保護迴路和過流保護迴路，其中，過壓欠壓保護迴路和過流保護電路分別與主控制模塊連接；所述的主控制模塊通過IGBT驅動迴路與IGBT逆變迴路連接，並通過隔爆兼本安電源供電；所述的整流迴路採用三相橋式不可控電路。
2.如權利要求1所述的礦用隔爆兼本質安全型變頻器，其特徵在於所述的IGBT逆變 迴路為採用IGBT功率元件構成的三相逆變電路。
3.如權利要求1所述的礦用隔爆兼本質安全型變頻器，其特徵在於所述的過流保護 迴路包括短路保護電路和過流保護電路。
4.如權利要求1所述的礦用隔爆兼本質安全型變頻器，其特徵在於所述的主控制模 塊採用ABB控制晶片，並分別與鍵盤輸入和顯示輸出連接。
5.如權利要求1所述的礦用隔爆兼本質安全型變頻器，其特徵在於所述的隔爆兼本 安電源依次由防爆電纜、防爆外殼、輸入防爆接頭、內部電路及輸出防爆接頭組成，來自安 全環境的供電電壓，經過防爆電纜和輸入防爆接頭連接到內部電路。
6.如權利要求5所述的礦用隔爆兼本質安全型變頻器，其特徵在於所述的內部電路 主要包括保險絲及輸入濾波電路、電壓變換與調節電路、多重化限壓限流電路三部分。
專利摘要本實用新型涉及一種礦用隔爆兼本質安全型變頻器，包括整流迴路、濾波迴路和IGBT逆變迴路，濾波迴路設置在整流迴路與IGBT逆變迴路之間，並分別與整流迴路和IGBT逆變迴路連接；濾波迴路與IGBT逆變迴路之間依次連接有過壓欠壓保護迴路、泵升保護迴路和過流保護迴路，過壓欠壓保護迴路和過流保護電路分別與主控制模塊連接；主控制模塊通過IGBT驅動迴路與IGBT逆變迴路連接，並通過隔爆兼本安電源供電。整流採用三相橋式不可控電路，減少對逆變的影響，中間濾波，使其得到較為平滑的直流電壓，逆變中採用IGCT功率元件，具有較高的控制效率；採用隔爆兼本安電源，安全可靠；主控制模塊採用ABB控制晶片，簡化了控制電路。
文檔編號H02M1/14GK201639491SQ20102000014
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月6日 優先權日2010年1月6日
發明者沈宜敏 申請人:青島天信電氣有限公司