低開關頻率的礦井防爆變頻裝置的製作方法

2023-10-11 10:22:39 3

專利名稱：低開關頻率的礦井防爆變頻裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種防爆變頻裝置，具體是ー種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，屬於礦用設備技術領域。
背景技術：
變頻器使電機控制系統變的高性能、低損耗，但由於煤礦井下環境具有瓦斯含量高、溼度大的特點，通用的變頻器在井下不能使用。近年來，國內外開發了各種礦用防爆變頻器，但功率都不超過500kW。目前國內尚不能提供大功率低開關頻率的防爆變頻器，逆變器大多採用電壓空間矢量控制(SVPWM)，隨著功率等級的升高，逆變器開關器件的開關損耗增加，並且成為逆變器的主要損耗，同時產生大量的熱量，由於不能限制電壓，所以不適於井下變頻器防爆的要求。
發明內容針對上述現有技術存在的問題，本實用新型提供一種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，減少開關損耗，減少熱量的產生，能限制電壓，達到變頻裝置的防爆要求。為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，包括三相交流電源、三相變壓器、三相電抗器、絕緣柵雙極電晶體、異步籠形電機、驅動電路、控制中心、整流器、逆變器、電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置，三相交流電源與三相變壓器連接，三相變壓器通過三相電抗器與整流器連接，整流器與逆變器連接，逆變器與異步籠形電機連接，整流器通過絕緣柵雙極電晶體和制動電阻與控制中心連接，第一電容和第二電容與逆變器連接，控制中心通過驅動電路與逆變器連接，逆變器分別與電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置連接，電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置與控制中心連接。進一歩，控制中心是數位訊號處理器。進ー步，整流器有三個橋臂，每個橋臂設有兩個串聯的ニ極管，各個橋臂之間並聯連接。進ー步，逆變器包括三個橋臂，每個橋臂由四個絕緣柵雙極電晶體、四個續流ニ極管和兩個嵌位ニ極管組成，每個絕緣柵雙極電晶體與每個續流ニ極管並聯，並聯之後的絕緣柵雙極電晶體和續流ニ極管相互之間串聯，兩個嵌位ニ極管與並聯之後的絕緣柵雙極電晶體和續流ニ極管連接。本實用新型的有益效果是整流器採用ニ極管不可控逆變器而無需過多的控制，只需檢測整流後的電壓值，通過限流ニ極管的接入與切除來控制泵升電壓，逆變器採用ニ極管嵌位式三電平結構，實現低開關頻率下電機的高動態性能控制，減少開關損耗，減少熱量的產生，實現變頻裝置的防爆要求。
圖I是本實用新型的電原理框圖。圖2是本實用新型的整流器和逆變器的電路圖。圖中1、三相交流電源，2、三相變壓器，3、三相電抗器，4、整流器，5、絕緣柵雙極電晶體，6、制動電阻，7、第一電容，8、第二電容，9、逆變器，10、異步籠型電機，11、驅動電路，12、控制中心，13、電壓檢測裝置，14、電流檢測裝置，15、溫度檢測裝置。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進ー步說明。如圖I所示，本實用新型包括三相交流電源I、三相變壓器2、三相電抗器3、絕緣柵 雙極電晶體5、異步籠形電機10、驅動電路11、控制中心12、整流器4、逆變器9、電壓檢測裝置13、電流檢測裝置14和溫度檢測裝置15，三相交流電源I與三相變壓器2連接，三相變壓器2通過三相電抗器3與整流器4連接，整流器4與逆變器9連接，逆變器9與異步籠形電機10連接，整流器4通過絕緣柵雙極電晶體5和制動電阻6與控制中心12連接，第一電容7和第二電容8與逆變器9連接，控制中心12通過驅動電路11與逆變器9連接，逆變器9分別與電壓檢測裝置13、電流檢測裝置14和溫度檢測裝置15連接，電壓檢測裝置13、電流檢測裝置14和溫度檢測裝置15與控制中心12連接。控制中心12是數位訊號處理器；整流器4有三個橋臂，每個橋臂設有兩個串聯的ニ極管，各個橋臂之間並聯連接；逆變器9包括三個橋臂，每個橋臂由四個絕緣柵雙極電晶體、四個續流ニ極管和兩個嵌位ニ極管組成，每個絕緣柵雙極電晶體與每個續流ニ極管並聯，並聯之後的絕緣柵雙極電晶體和續流ニ極管相互之間串聯，兩個嵌位ニ極管與並聯之後的絕緣柵雙極電晶體和續流ニ極管連接。工作過程首先對整流器4進行預充電，獲得穩定的直流輸出電壓。之後，逆變器9進入運行狀態；採用特定諧波消除脈寬調製技術(SHEPWM)產生脈寬調製波形來控制逆變器9的工作。因求解特定諧波消除脈寬調製技術的開關角計算量特別大，需在離線的情況下，採用牛頓迭代法計算好在不同開關頻率和不同調製度下的開關角，並存於控制中心12中；根據求得的開關角，計算出穩態條件下理想的定子磁鏈軌跡，藉助異步籠形電機10的混合電機模型構建ー個自控電機模型，使其輸出實際定子磁鏈軌跡和平滑的參考電壓矢量，之後求得實際定子磁鏈軌跡與理想定子磁鏈軌跡的偏差，再根據伏-秒平衡原理，對已求好的開關角進行修正，從而避免開關角切換引起的衝擊；由於採用了異步籠形電機10，系統不能調速，必須加入轉速和磁鏈外環產生定子磁鏈偏差，修改開關角，使定子磁鏈的偏差快速消除，使實際轉速快速等於給定值，實現對電機的高動態控制，由於採用不可控ニ極管整流器4，電機運行於制動狀態時，能量不能回饋到電網而累積到直流側，使直流側電壓升高，為了限制此電壓，通過電壓檢測裝置14定時的檢測直流側電壓，當電壓高於一定值時，將制動電阻6接入電路，釋放電能，以此來達到限壓的目的，從而實現了減少開關損耗，減少熱量的產生，實現變頻裝置的防爆要求。
權利要求1.一種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，其特徵在幹，包括三相交流電源(I)、三相變壓器(2)、三相電抗器(3)、絕緣柵雙極電晶體(5)、異步籠形電機(10)、驅動電路(11)、控制中心(12)、整流器(4)、逆變器(9)、電壓檢測裝置(13)、電流檢測裝置(14)和溫度檢測裝置(15)，三相交流電源(I)與三相變壓器(2)連接，三相變壓器(2)通過三相電抗器(3)與整流器(4)連接，整流器(4)與逆變器(9)連接，逆變器(9)與異步籠形電機(10)連接，整流器(4)通過絕緣柵雙極電晶體(5)和制動電阻(6)與控制中心(12)連接，第一電容(7)和第二電容(8)與逆變器(9)連接，控制中心(12)通過驅動電路(11)與逆變器(9)連接，逆變器(9)分別與電壓檢測裝置(13)、電流檢測裝置(14)和溫度檢測裝置(15)連接，電壓檢測裝置(13)、電流檢測裝置(14)和溫度檢測裝置(15)與控制中心(12)連接。
2.根據權利要求I所述的ー種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，其特徵在於，所述的控制中心(12)是數位訊號處理器。
3.根據權利要求I所述的ー種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，其特徵在於，所述的 整流器(4)有三個橋臂，每個橋臂設有兩個串聯的ニ極管，各個橋臂之間並聯連接。
4.根據權利要求I所述的ー種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，其特徵在於，所述的逆變器(9)包括三個橋臂，每個橋臂由四個絕緣柵雙極電晶體、四個續流ニ極管和兩個嵌位ニ極管組成，每個絕緣柵雙極電晶體與每個續流ニ極管並聯，並聯之後的絕緣柵雙極電晶體和續流ニ極管相互之間串聯，兩個嵌位ニ極管與並聯之後的絕緣柵雙極電晶體和續流ニ極管連接。
專利摘要本實用新型公開了一種低開關頻率的礦井防爆變頻裝置，屬於礦用設備技術領域，包括三相交流電源、三相變壓器、三相電抗器、絕緣柵雙極電晶體、異步籠形電機、驅動電路、控制中心、整流器、逆變器、電壓檢測裝置、電流檢測裝置和溫度檢測裝置，三相交流電源與三相變壓器連接，三相變壓器通過三相電抗器與整流器連接，整流器與逆變器連接，逆變器與異步籠形電機連接，整流器通過絕緣柵雙極電晶體與控制中心連接。有益效果是減少開關損耗，減少熱量的產生，實現變頻裝置的防爆要求。
文檔編號H02P27/08GK202634361SQ201220199898
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者譚國俊, 李 浩, 劉戰, 王從剛 申請人:徐州中礦大傳動與自動化有限公司