CN104201872A - 一种矿用变频器拓扑电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用变频器拓扑电路，包括串联电抗器、接地耦合电路、预充电电路和功率单元，所述串联电抗器的输出端分别连接接地耦合电路和预充电单元的输入端，预充电单元的输出端连接功率单元的输入端，接地耦合电路与功率单元的输出端同时连接电机的输入端。本发明结构简单，通过串联电抗器、接地耦合电路、预充电电路，能够有效的抑制变频器向电网中释放谐波，进而消除上电瞬间对整流单元的冲击，接地耦合电路可以更好的消除共模电压，消除电磁干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频器拓扑电路，尤其涉及一种矿用变频器拓扑电路。
背景技术
随着1140V电压在煤炭行业的广泛应用，1140V的变频器也随着煤炭市场而产生，矿用变频器拓扑结构多由三相二极管整流单元、直流电容、放电电阻以及绝缘栅级双极型晶体管（IGBT）桥组成，比如专利1：申请号：201120444090.5《1140V/600V 矿用双电压变频器》如图1所示，一种1140V/600V 矿用双电压变频器包含整流单元、直流回路、逆变回路，输入电压直接连接到三相二极管整流单元，整流后的脉动直流通过电容的滤波与稳压更加平滑稳定，通过IGBT桥组成的逆变单元直接连接电机。本发明矿用双电压变频器主电路采用交- 直- 交电压源型变频器结构，一方面简化了逆变环节的结构，提高稳定性；另一方面能够保证得到理想的脉冲电压序列；且采用隔爆兼本安电源，安全性能好，可靠性高。控制电路采用1140V、660V 两种输入电压等级的控制变压器，通过引线连接实现1140V 与660V 电压的切换，简化了控制电路。漏电保护装置采用1140V 与660V 兼容的绝缘检测模块，通过继电器按钮开关切换电压等级，操作简单易行，主控器采用ABB 控制芯片，简化了控制电路和软件设计，降低成本，提高可靠性。
专利2：中国专利申请，申请号：201020512816.X的专利《一种低压无谐波变频器》，此发明专利公开了一种低压无谐波变频器，包括变频器整流部分（9）、直流侧电容（10）、变频器逆变部分（11）构成通用低压变频器，其特征在于：变频器整流部分（9）通过串联电抗器（8）连接到电网；变频器逆变部分（11）通过串联电抗器（12）带动电机；在串联电抗器（8）前装有电流互感器（6）和电压传感器（7）；电流互感器（6）电压传感器（7）采集到的数据通过数据采集电路（5）送到控制电路（4）；控制电路（4）产生脉宽调制信号送到驱动电路（13）；驱动电路（13）驱动变流器（1）产生补偿电流，通过电抗器（3）并且经过高通滤波器（14）滤除谐波后送入电网。本发明专利可使整流阻抗增大来有效抑制高次谐波电流，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数。
但是上述现有技术均存在以下缺点：首先，交流电源直接接入整流单元，瞬间上电时容易损坏整流单元；其次，变频器由于自身逆变时产生的谐波容易释放到电网中，对电网由较大的影响，逆变输出后直接拖动电机容易产生较高的共模电压，产生电磁干扰，容易损坏电机。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿用变频器拓扑电路，可以消除上电瞬间对整流单元的冲击，接地耦合电路可以更好的消除共模电压，消除电磁干扰。
本发明采用下述技术方案：
一种矿用变频器拓扑电路，包括串联电抗器、接地耦合电路、预充电电路和功率单元，所述串联电抗器的输出端分别连接接地耦合电路和预充电单元的输入端，预充电单元的输出端连接功率单元的输入端，接地耦合电路与功率单元的输出端同时连接电机的输入端。
所述功率单元包括整流单元、直流单元、逆变单元，且整流单元的输入端连接预充电单元的输出端，整流单元的输出端连接直流单元的输入端，直流单元的输出端连接逆变单元的输入端，逆变单元的输出端连接电机的输入端。
所述的逆变单元由单相全波整流单元组成，所述逆变单元的单相全波整流单元是由六只绝缘栅级双极型晶体管组成的H桥构成。
所述直流单元由滤波/支撑电容和均压电阻，所述滤波/支撑电容和均压电阻分别并联在整流单元的输出端之间。
预充电电路由第一接触器、第二接触器、第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻组成，第一接触器、第二接触器的线圈均跨接在变压器的输出端，变压器的输入端跨接在三相线的两相线之间，其中第一接触器的三个触点分别通过第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻串联在三相线之间；所述第二接触器的三个触点分别跨接在第一接触器三个触点和第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻串联后的两端。
所述串联电抗器由三相滤波电抗器组成。
本发明结构简单，通过串联电抗器、接地耦合电路、预充电电路，能够有效的抑制变频器向电网中释放谐波，进而消除上电瞬间对整流单元的冲击，接地耦合电路可以更好的消除共模电压，消除电磁干扰。
附图说明
图1本发明所述专利1的原理框图图；
图2本发明所述专利2的结构图；
图3为本发明的电路原理框图；
图4为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种矿用变频器拓扑电路，包括串联电抗器、接地耦合电路、预充电电路和功率单元，所述串联电抗器的输出端分别连接接地耦合电路和预充电单元的输入端，预充电单元的输出端连接功率单元的输入端，接地耦合电路与功率单元的输出端同时连接电机的输入端。
串联电抗器由三相滤波电抗器组成：
串联电抗器电感量L的计算公式
式中Uv为变频器输入额定电压，单位V；I为变频器额定电流，单位A；f为输入最高频率，单位Hz；采用电抗器串联可以缓冲上电瞬间产生的尖峰脉冲对，减少对矿用变频器功率单元的的冲击，同时还可以抑制变频器整流与逆变电路中产生的谐波，减少变频器谐波向电网释放。串联电抗器可以滤除输入电源中的尖峰脉冲，同时可以抑制变频器自身产生的谐波释放到电网中，起到稳定变频器净化电网的作用；
所述功率单元包括整流单元34、直流单元35和逆变单元36，且整流单元34的输入端连接预充电单元的输出端，整流单元34的输出端连接直流单元35的输入端，直流单元35的输出端连接逆变单元36的输入端，逆变单元36的输出端连接电机的输入端。
所述的逆变单元36由六只绝缘栅级双极型晶体管（IGBT）组成的H桥即单相全波整流单元34组成。整流单元34由六只二极管组成了单相全波整流单元34，电源经过单相全波整流单元34后整流成为叠加脉动直流电源，直接送入到直流单元35进行滤波稳压。单个IGBT的导通时间用来调整变频器输出的电压与频率。电源经过单相全波整流单元34整流后成为叠加脉动直流电源，直接送入到直流单元35进行滤波稳压。逆变单元36由六只绝缘栅级双极型晶体管（IGBT）组成的H桥与控制系统组成逆变单元36，所述逆变单元36具体由控制系统进行控制，其为现有系统，其可以根据电机的实际需要来调整变频器的输出频率，进而达到节能、调速的目的。具体步子啊赘述。
所述直流单元35由滤波/支撑电容和均压电阻（放电电阻），滤波/支撑电容可以将功率单元整流后的叠加脉动直流电进行滤波稳压，使其成为更加平滑的直流电源，滤波/支撑电容还可以在外部电源波动时，通过自身充放电作用稳定直流电源，均压电阻可以通过电阻串联分压的原理是变频器直流电容两端的电压更加稳定，外部电源停止后电阻可以将电容中的电源能量消耗掉，起到保护电容的作用。
预充电电路33由第一接触器、第二接触器、第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻组成，第一接触器、第二接触器的线圈均跨接在变压器的输出端，变压器的输入端跨接在三相线的零线与火线之间，其中第一接触器的三个常开触点分别通过第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻串联在三相线的零线、火线与地线之间；所述第二接触器的三个线圈分别跨接在第一接触器三个线圈和第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻串联后的两端。预充电电路33可以对变频器的功率单元起到缓冲保护的作用。
正常工作时，当电源接通时KM1吸合，电源通过接触器的第一、第二、第三常开触点与三个大功率电阻开始为整流-直流-逆变提供电源，当电源充电缓冲完成后接触器KM2吸合，将KM1和三个大功率电阻旁路掉，整个预充电电路33工作完成，预充电电路33可以对变频器的功率单元进行预充电缓冲，起到保护变频器功率单元的作用，使变频器的使用寿命大大增长。
接地耦合电路32由输入侧引出三相滤波电抗器Y(星形)短接后形成中性接地，从逆变单元36输出端取一相加入单相滤波电抗器连接到中性接地组成，接地耦合电路32可以消除变频器由于逆变器直接拖动电机所产生的共模电压，减少变频器自身的电磁干扰。接地耦合电路32中的三相电抗器与单相电抗器的电感量相同，主要选型按照电抗器压降与频率关系来考虑。接地耦合电路32可以通过中性点零点位中和掉变频器的输出共模电压，使变频器的输出波形更加平滑，同时可以消除变频器自身的电磁干扰，使变频器的使用性能大大提高；
本发明能够滤除输入电源的尖峰脉冲，同时抑制了变频器自身谐波向电网中释放；接地耦合电路32通过三相电抗器中性点零点位消除变频器输出的共模电压，降低了变频器自身的电磁干扰；预充电电路33可以缓冲外部电源瞬间上电时对变频器功率单元的冲击，增长了变频器功率单元的使用时间。
本发明中所述的逆变单元使用为三电平方案，由此可以想到的使用六电平方案或十二电平方案也属于本申请的保护范围，且绝缘栅级双极型晶体管（IGBT）H桥可以使用集成门极换流晶闸管（IGCT）H桥或者其它能达到相同逆变功能的元件代替。
电磁干扰(EMI) 英文：(Electro Magnetic Interference)是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音，EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生的。
本发明结构简单，通过串联电抗器、接地耦合电路、预充电电路，能够有效的抑制变频器向电网中释放谐波，进而消除上电瞬间对整流单元的冲击，接地耦合电路可以更好的消除共模电压，消除电磁干扰。很好地解决了交流电源直接接入整流单元，瞬间上电时容易损坏整流单元的现象；其次，也避免了变频器由于自身逆变时产生的谐波容易释放到电网中，对电网由较大的影响，逆变输出后直接拖动电机容易产生较高的共模电压，产生电磁干扰，容易损坏电机的影响，整体提高变频器性能。
Claims (6)
1.一种矿用变频器拓扑电路，其特征在于：包括串联电抗器、接地耦合电路、预充电电路和功率单元，所述串联电抗器的输出端分别连接接地耦合电路和预充电单元的输入端，预充电单元的输出端连接功率单元的输入端，接地耦合电路与功率单元的输出端同时连接电机的输入端。
2.根据权利要求1所述的矿用变频器拓扑电路，其特征在于：所述功率单元包括整流单元、直流单元、逆变单元，且整流单元的输入端连接预充电单元的输出端，整流单元的输出端连接直流单元的输入端，直流单元的输出端连接逆变单元的输入端，逆变单元的输出端连接电机的输入端。
3.根据权利要求2所述的矿用变频器拓扑电路，其特征在于：所述的逆变单元由单相全波整流单元组成，所述逆变单元的单相全波整流单元是由六只绝缘栅级双极型晶体管组成的H桥构成。
4.根据权利要求3所述的矿用变频器拓扑电路，其特征在于：所述直流单元由滤波/支撑电容和均压电阻，所述滤波/支撑电容和均压电阻分别并联在整流单元的输出端之间。
5.根据权利要求4所述的矿用变频器拓扑电路，其特征在于：预充电电路由第一接触器、第二接触器、第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻组成，第一接触器、第二接触器的线圈均跨接在变压器的输出端，变压器的输入端跨接在三相线的两相线之间，其中第一接触器的三个触点分别通过第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻串联在三相线之间；所述第二接触器的三个触点分别跨接在第一接触器三个触点和第一大功率电阻、第二大功率电阻和第三大功率电阻串联后的两端。
6.根据权利要求5所述的矿用变频器拓扑电路，其特征在于：所述串联电抗器由三相滤波电抗器组成。
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