CN101093962A

CN101093962A - 采煤机牵引系统大功率交流变频装置

Info

Publication number: CN101093962A
Application number: CN 200710041856
Authority: CN
Inventors: 郑昌陆; 赵方平; 曹以龙
Original assignee: Shenchuan Electrical Co Ltd Shanghai
Current assignee: Shenchuan Electrical Co Ltd Shanghai
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2007-12-26

Abstract

本发明涉及一种采煤机牵引系统大功率交流变频装置，包括变频装置的主电路、高压IGBT模块的驱动和保护单元、控制电源单元、DSP变频主控单元；还包括电容组单元、制动单元、逆变单元；变频装置的主电路为三相1140Vac交流电源直接输入，连接到由第一电感、第二电感、第三电感构成的输入滤波单元；输入滤波单元的输出连接到由高压整流模块组成的整流单元，整流单元输出的正极连接到直流滤波电感，经直流滤波电感后连接到上电控制单元。DSP变频主控单元还分别设有通讯接口、瓦斯传感器接口、安全控制接口。其控制单元线路结构简单，运行安全可靠，具有明显的节能效果，对于厚、薄煤层的矿井均适用。

Description

采煤机牵引系统大功率交流变频装置

技术领域

本发明涉及一种变频装置，尤其涉及专用于采煤机牵引系统大功率变频装置。

背景技术

由于煤矿行业的特殊性，要开发采煤机牵引系统专用的变频装置，必须要具备煤矿行业的专业背景知识。随着煤矿生产的发展和技术的进步，煤矿现代化水平有了很大的提高，在接收新技术、应用新产品的意识和能力方面有了很大的改善，为采煤机牵引系统大功率变频装置的推广应用奠定了坚实的基础。

在我国，煤炭仍然是主要的能源之一，煤矿生产还处于发展时期，前些年，由于矿难事故的频发，煤矿生产几乎无暇顾及能源的损耗，首当其冲的仍是安全问题。然而，随着节能减排的呼声不断高涨，人们迫切期望尽快研制出完全自主开发的专用于采煤机牵引系统的大功率变频装置。

截止到目前，我国输入功率为1140Vac的变频装置还没有像通用低压变频器那样的成熟产品可供选择，而且，国外目前也没有这种电压等级的变频装置可以提供。国内目前仅有几个生产厂家可以定制生产相应的产品，如成都的佳灵、深圳的英威腾等，但都还处于刚刚起步的阶段。基本上都是采用改装或集成等方式，即采购现有的变频器，进行防爆方面的设计改造，制成组装产品后提供给煤矿用户使用，且仍是采用低压变频器方案，需要配备降压变压器，因而增大了变频装置本身的体积，对于薄煤层的采煤机更是无法应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种采煤机牵引系统大功率交流变频装置，旨在解决上述的问题。其控制单元线路结构简单，运行安全可靠，具有明显的节能效果，且无需配备降压变压器，对于厚、薄煤层的矿井均适用。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其实质性特点在于，它包括变频装置的主电路、高压IGBT模块的驱动和保护单元、控制电源单元、DSP变频主控单元；

所述的变频装置主电路为三相1140Vac交流电源直接输入，连接到由第一电感、第二电感、第三电感构成的输入滤波单元；输入滤波单元的输出连接到由高压整流模块组成的整流单元，整流单元输出的正极连接到直流滤波电感，经直流滤波电感后连接到上电控制单元。

上述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其中：

所述的上电控制单元包括上电电阻、上电控制接触器的主触头，两者相并联后连接到功率直流母线正极；整流单元输出负极连接到功率直流母线负极。

所述变频装置的主电路还包括一电容组单元，该电容组单元依次包括第一电容至第五电容，彼此串联后跨接在直流功率母线之间。

所述变频装置的主电路还包括制动单元和逆变单元，制动单元和逆变单元的输入分别跨接在功率母线之间；第一高压IGBT模块、第二高压IGBT模块、第三高压IGBT模块、第四高压IGBT模块、第五高压IGBT模块、第六高压IGBT模块和第七高压IGBT模块的控制极分别与高压IGBT模块的驱动和保护单元相对应连接；制动电阻接于功率母线正极和第七高压IGBT模块之间。

所述的第一高压IGBT模块和第二高压IGBT模块、第三高压IGBT模块和第四高压IGBT模块以及第五高压IGBT模块和第六高压IGBT模块的三个连接点形成逆变单元的三相输出，逆变单元的输出再与输出滤波的第四电感、第五电感、第六电感连接，经滤波电感后构成整个变频装置的输出。

所述的控制电源由电源变压器和控制电源单元构成；该电源变压器为单相变压器，直接连接于三相1140Vac交流电源的其中两相，经电源变压器降压为220Vac电压供控制电源单元，控制电源单元输出所需等级的直流电压。

所述的DSP变频主控单元还分别设有通讯接口、瓦斯传感器接口、安全控制接口。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明为独立自主设计，专门为煤矿井下的采煤机牵引系统而量身定制，充分考虑了煤矿行业的特殊性和应用背景，各控制单元线路结构简单，运行安全可靠，具有明显的节能效果，且无需配备降压变压器，对于厚、薄煤层的矿井均适用。

2.本发明变频装置主控制单元的瓦斯传感器接口可以直接与煤矿瓦斯传感器连接，从而获取瓦斯浓度信号，并根据瓦斯浓度的大小进行正确的运行控制。

3.本发明变频装置主控制单元的安全控制接口、通讯接口可以连接煤矿的各种电器及通讯设备，根据安全电器的状态来正确运行变频装置，同时，也能够根据变频装置的运行情况输出信号以控制电器设备的运行，保证矿井上下的通讯畅通。

附图说明

通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。附图中，

图1是本发明采煤机牵引系统大功率变频装置工作原理的模块示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：大功率变频装置的主电路、高压IGBT(绝缘栅型场效应功率管)模块的驱动和保护单元、控制电源单元、DSP(数字信号处理器)变频主控单元。

大功率变频装置的主电路为三相1140Vac交流电源直接输入，连接到由第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3构成的输入滤波单元1；输入滤波单元1输出连接到由高压整流模块组成的整流单元2，整流单元2输出正极连接到直流滤波电感Ld，经直流滤波电感3后连接到上电控制单元4。

本发明的上电控制单元4包括：上电电阻Ron和上电控制接触器RY9的主触头，两者相并联后连接到功率直流母线正极10；整流单元2输出负极连接到功率直流母线负极11。电容组单元6依次包括第一电容C1至第五电容C5，它们彼此串联后跨接在直流功率母线10、11之间，保证直流功率母线10、11电压的恒定；制动单元5和逆变单元7的输入分别跨接在功率母线10、11之间，高压IGBT模块VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6和VT7的控制极分别与高压IGBT模块的驱动和保护单元相对应连接，并受其控制，制动电阻8接于功率母线10的正极和IGBT模块VT7之间。高压IGBT模块VT1和VT2、VT3和VT4以及VT5和VT6的三个连接点形成逆变单元7的三相输出，逆变单元7的输出再与输出滤波第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6连接，经滤波电感后构成整个变频装置的输出。

如图中所示，本发明的控制电源由电源变压器TB和控制电源单元构成，电源变压器TB为单相变压器，直接接于三相1140Vac交流电源的其中两相，经电源变压器TB降压为220Vac电压供控制电源单元，控制电源单元输出所需的各种等级直流电压。

本发明所涉及的大功率变频装置的主电路为三相1140Vac交流电源直接输入，经过电感L1、L2、L3构成的输入滤波单元，由高压整流模块组成的整流单元，得到电压达1700Vdc的直流电压；电容组单元C1～C5和电感Ld对直流电压起滤波作用，保证直流母线电压的恒定；上电电阻Ron对电容组充电时起限流作用，待充电完毕后由接触器RY9短接。由高压IGBT模块VT7构成的制动单元是限制直流母线电压而设立的，当母线电压高于一定值时，制动单元的高压IGBT模块VT7导通，将通过外接制动电阻释放电容组中的能量，从而起到保护功率开关器件的作用。

逆变单元在控制单元作用下，通过对开关器件高压IGBT模块VT1～VT6的通断控制将直流电压变换为幅值和频率可变的三相交流电压，该三相交流电压再由输出滤波单元即电感L4、L5、L6滤波后输出。高压IGBT模块的驱动和保护单元接收DSP主控单元的控制信号，输出可以使高压IGBT模块安全导通和关断的驱动信号；同时通过检测高压IGBT模块的工作状况，正确产生故障信号，确保模块的运行安全。控制电源单元产生装置所有等级的直流电压，电源变压器TB将电压从1140Vac变为220Vac供给控制电源单元。

本发明所涉及的高压IGBT模块的驱动和保护单元是变频装置中的关键单元，其隔离的输出直接与高压IGBT模块的控制极相连，主要实现对高压IGBT模块的驱动控制，确保高压IGBT模块的正确导通和断开，并能检测高压IGBT短路状态信号。该单元与控制电源单元相连取得电源，与DSP变频主控制单元连接取得变频控制信号，并向主控制单元输出高压IGBT模块的故障信号。

DSP变频主控制单元是整个变频装置的控制核心，通过优化的空间矢量算法产生脉冲控制序列输出到高压IGBT驱动和保护单元，从而控制逆变单元的高压IGBT导通和断开；它与电压检测和电流检测单元连接取得直流母线电压值和输出电流值，通过数字计算获得负载电机的转矩信号，实现多台电机的同步运行和负载的平衡。

从图中可清楚地看出，本发明的DSP变频主控单元还分别与其一端连接于变频装置主电路的电压检测单元、输出电流检测单元相连，将直流母线电压和装置输出电流隔离转换为控制用信号，供DSP变频主控单元使用，进而实现高性能变频控制以及对变频装置的整体保护。

由于本发明变频装置主控制单元的瓦斯传感器接口可以直接与煤矿瓦斯传感器连接，从而获取瓦斯浓度信号，并根据瓦斯浓度的大小进行正确的运行控制。此外，本发明变频装置主控制单元的安全控制接口、通讯接口可以连接煤矿的各种电器及通讯设备，根据安全电器的状态来正确运行变频装置，同时，也能够根据变频装置的运行情况输出信号以控制电器设备的运行，保证矿井上下的通讯畅通。

Claims

1、一种采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，它包括变频装置的主电路、高压IGBT模块的驱动和保护单元、控制电源单元、DSP变频主控单元；

2、根据权利要求1所述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，所述的上电控制单元包括上电电阻、上电控制接触器的主触头，两者相并联后连接到功率直流母线正极；整流单元输出负极连接到功率直流母线负极。

3、根据权利要求1所述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，所述变频装置的主电路还包括一电容组单元，该电容组单元依次包括第一电容至第五电容，彼此串联后跨接在直流功率母线之间。

4、根据权利要求1所述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，所述变频装置的主电路还包括制动单元和逆变单元，制动单元和逆变单元的输入分别跨接在功率母线之间；第一高压IGBT模块、第二高压IGBT模块、第三高压IGBT模块、第四高压IGBT模块、第五高压IGBT模块、第六高压IGBT模块和第七高压IGBT模块的控制极分别与高压IGBT模块的驱动和保护单元相对应连接；制动电阻接于功率母线正极和第七高压IGBT模块之间。

5、根据权利要求4所述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，所述的第一高压IGBT模块和第二高压IGBT模块、第三高压IGBT模块和第四高压IGBT模块以及第五高压IGBT模块和第六高压IGBT模块的三个连接点形成逆变单元的三相输出，逆变单元的输出再与输出滤波的第四电感、第五电感、第六电感连接，经滤波电感后构成整个变频装置的输出。

6、根据权利要求1所述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，所述的控制电源由电源变压器和控制电源单元构成；该电源变压器为单相变压器，直接连接于三相1140Vac交流电源的其中两相，经电源变压器降压为220Vac电压供控制电源单元，控制电源单元输出所需等级的直流电压。

7、根据权利要求1所述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，所述的DSP变频主控单元还分别与其一端连接于变频装置主电路的电压检测单元、输出电流检测单元相连，将直流母线电压和装置输出电流隔离转换为控制用信号，供DSP变频主控单元使用，实现高性能变频控制以及对变频装置的整体保护。

8、根据权利要求1或7所述的采煤机牵引系统大功率交流变频装置，其特征在于，所述的DSP变频主控单元还分别设有通讯接口、瓦斯传感器接口、安全控制接口。