一種新型級聯型6kV礦用高壓防爆變頻器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種變頻器，具體涉及一種級聯型6kV礦用高壓防爆變頻器。
【背景技術】
[0002]隨著我國煤炭生產自動化程度的不斷提高，礦用防爆變頻器在煤礦井下的調速應用發揮了良好的調速性能和節能降耗的作用，并得到了廣泛的應用。目前礦用防爆變頻器向高電壓、大功率趨勢發展。而級聯H橋式高壓變頻調速技術是在高壓變頻領域占據絕對優勢的一種技術。
[0003]傳統級聯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撲結構，因此要構成高壓、大功率變頻器就需要每一相串聯多個功率單元。功率單元的數目增加將導致變頻器的體積增大。功率單元需要獨立的直流電源，功率單元數目越多，需要的直流電源數目也越多，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，設備體積太大不便于運輸及安裝。此外，功率單元數目越多，需要的可控開關器件也越多，系統可靠性下降，損耗增加、效率降低。功率單元數目越多，功率節點數越多，結構越復雜，連接難度越大。傳統級聯型礦用高壓防爆變頻器采用的功率單元為兩電平橋式結構，雖然這種電路結構簡單，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。
【發明內容】
[0004]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種新型級聯型6kV礦用高壓防爆變頻器，所需的功率單元模塊數目少，結構簡單、緊湊，體積小。
[0005]為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]一種新型級聯型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 ;所述變頻器的預充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內。
[0007]所述移相變壓器一次側輸入電壓為10kV，二次側輸出三組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構成一條支路，6個整流二極管構成的三條支路并聯形成整流部分；所述直流濾波部分由串聯的2個濾波電容和串聯的2個均壓電阻再并聯后形成；所述逆變輸出部分采用二極管箝位式三電平橋式電路結構；該結構包括8個高壓IGBT和反并聯在每個高壓IGBT上的高壓二極管，每4個高壓IGBT串聯構成一個橋臂，8個高壓IGBT構成的兩個橋臂并聯后接入回路；直流濾波部分的中心點O由并聯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]所述預充電部分由高壓真空接觸器及預充電阻組成，預充電部分位于移相變壓器的一次側。
[0010]所述濾波電容采用高壓大容量薄膜電容。
[0011]和現有技術相比較，本發明具備如下優點:
[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I個功率單元，輸出線電壓即可達到6kv。本發明減少了功率單元的數目，減小了變頻器主體的體積，減少了器件的數目，電路結構得到簡化，接線少，連接難度降低。功率單元的數目減少，所需的隔離電源數目也相應減少，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構，與傳統的兩電平結構相比，輸出波形得到改善，諧波小，損耗低，效率高。
[0014]3、傳統變頻器的預充電部分位于整流部分與直流濾波部分之間。預充電部分的高壓真空接觸器及預充電阻體積較大，將預充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內，不但減少了預充電部分的數目，而且改善了變頻器主體機芯的結構，節約了成本，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是本發明級聯型6kV礦用高壓防爆變頻器的電路結構示意圖。
[0016]圖2是功率單元電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0018]如圖1所示，本發明所述級聯型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個結構相同的功率單元，每個功率單元構成一相，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充電阻組成的預充電部分位于移相變壓器的一次側。
[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在一起構成一條支路，三條支路并聯在一起。直流濾波部分由串聯的2個濾波電容(Cl?C2)和串聯的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構。該結構由高壓IGBT(VI1?VI8)和高壓二極管(VD11?VD18)組成。每個高壓IGBT均反并聯有二極管，每4個IGBT串聯構成一個橋臂，兩個橋臂并聯后接入回路。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]本發明的工作原理為:當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，預充電阻接入主電路，預充電開始。當預充電完成時，高壓真空接觸器閉合，將預充電阻短路。移相變壓器的二次側提供三組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，直流電經過濾波電容濾波后，再由逆變部分變換成交流電，之后再經過輸出濾波器，最終輸出給負載。
[0022]通過減少功率單元的數目，減少了變頻器主體的體積，也減少了獨立隔離電源的數目，有助于減小移相變壓器的體積，這些都有利于設備在礦井下的運輸、安裝與維護。此夕卜，功率單元數目的減少，減少了器件的數目，降低了損耗，設備的結構得到簡化，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構，與傳統的兩電平結構相比，輸出波形得到改善，諧波小，損耗低，效率高。將預充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內，減少了預充電部分的數目，改善了變頻器機芯的結構，節約了成本，控制更加簡單，也有效減小了變頻器的體積。
【主權項】
1.一種新型級聯型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 ;所述變頻器的預充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內。2.根據權利要求1所述的一種新型級聯型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輸入電壓為10kV，二次側輸出三組3.4kV隔離電壓。3.根據權利要求1所述的一種新型級聯型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構成一條支路，6個整流二極管構成的三條支路并聯形成整流部分；所述直流濾波部分由串聯的2個濾波電容和串聯的2個均壓電阻再并聯后形成；所述逆變輸出部分采用二極管箝位式三電平橋式電路結構；該結構包括8個高壓IGBT和反并聯在每個高壓IGBT上的高壓二極管，每4個高壓IGBT串聯構成一個橋臂，8個高壓IGBT構成的兩個橋臂并聯后接入回路；直流濾波部分的中心點O由并聯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.根據權利要求1所述的一種新型級聯型6kV礦用高壓防爆變頻器，其特征在于:所述預充電部分由高壓真空接觸器及預充電阻組成，預充電部分位于移相變壓器的一次側。5.根據權利要求3所述的一種新型級聯型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輸入10kV，二次側輸出三組3.4kV隔離電壓；所述變頻器主體的每相只串聯一個功率單元，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構；所述變頻器將預充電部分由變頻器主體前移至移相變壓器內；本發明減少了功率單元的數目，減小了變頻器主體的體積，減少了器件的數目，電路結構得到簡化，接線少，連接難度降低,控制簡單，節約成本。
【IPC分類】H02M5/458
【公開號】CN104883075
【申請號】CN201510364138
【發明人】沈傳文, 劉宵辰, 林凱, 熊宗振
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月26日