CN104883075A - 一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器 - Google Patents
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Abstract
一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，所述变频器由依次连接的移相变压器、变频器主体和输出滤波器三部分组成；所述移相变压器一次侧输入10kV，二次侧输出三组3.4kV隔离电压；所述变频器主体的每相只串联一个功率单元，所述功率单元的输出电压为3.4kV高电压，整机输出的线电压为6kV；所述功率单元包括依次连接的整流部分、直流滤波部分和逆变输出部分，所述逆变输出部分采用二极管箝位式三电平桥式电路结构；所述变频器将预充电部分由变频器主体前移至移相变压器内；本发明减少了功率单元的数目，减小了变频器主体的体积，减少了器件的数目，电路结构得到简化，接线少，连接难度降低,控制简单，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频器，具体涉及一种级联型6kV矿用高压防爆变频器。
背景技术
随着我国煤炭生产自动化程度的不断提高，矿用防爆变频器在煤矿井下的调速应用发挥了良好的调速性能和节能降耗的作用，并得到了广泛的应用。目前矿用防爆变频器向高电压、大功率趋势发展。而级联H桥式高压变频调速技术是在高压变频领域占据绝对优势的一种技术。
传统级联型矿用高压防爆变频器采用的功率单元输出电压为低电压，功率单元采用两电平电路拓扑结构，因此要构成高压、大功率变频器就需要每一相串联多个功率单元。功率单元的数目增加将导致变频器的体积增大。功率单元需要独立的直流电源，功率单元数目越多，需要的直流电源数目也越多，造成移相变压器的体积增大、成本升高。矿井下巷道空间狭小，设备体积太大不便于运输及安装。此外，功率单元数目越多，需要的可控开关器件也越多，系统可靠性下降，损耗增加、效率降低。功率单元数目越多，功率节点数越多，结构越复杂，连接难度越大。传统级联型矿用高压防爆变频器采用的功率单元为两电平桥式结构，虽然这种电路结构简单，但输出谐波较高，对所拖电机的耐压要求也较高，易造成电机烧毁。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，所需的功率单元模块数目少，结构简单、紧凑，体积小。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，所述变频器由依次连接的移相变压器、变频器主体和输出滤波器三部分组成；所述变频器主体每相只串联一个功率单元，所述功率单元的输出电压为3.4kV高电压，变频器整机输出的线电压为6kV；所述变频器的预充电部分由变频器主体前移至移相变压器内。
所述移相变压器一次侧输入电压为10kV，二次侧输出三组3.4kV隔离电压。
所述功率单元包括依次连接的整流部分、直流滤波部分和逆变输出部分；所述整流部分采用6脉波整流电路，由6个整流二极管组成，每两个整流二极管串联构成一条支路，6个整流二极管构成的三条支路并联形成整流部分；所述直流滤波部分由串联的2个滤波电容和串联的2个均压电阻再并联后形成；所述逆变输出部分采用二极管箝位式三电平桥式电路结构；该结构包括8个高压IGBT和反并联在每个高压IGBT上的高压二极管，每4个高压IGBT串联构成一个桥臂，8个高压IGBT构成的两个桥臂并联后接入回路；直流滤波部分的中心点O由并联在一个桥臂上的两个箝位二极管或另一个桥臂上的两个箝位二极管引出，并分别接到两个桥臂的中间。
所述预充电部分由高压真空接触器及预充电阻组成，预充电部分位于移相变压器的一次侧。
所述滤波电容采用高压大容量薄膜电容。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、功率单元采用高输出电压功率单元，每个功率单元输出电压为3.4kV，这样变频器每相只需串联1个功率单元，输出线电压即可达到6kV。本发明减少了功率单元的数目，减小了变频器主体的体积，减少了器件的数目，电路结构得 到简化，接线少，连接难度降低。功率单元的数目减少，所需的隔离电源数目也相应减少，有助于减小移相变压器的体积。
2、功率单元逆变输出部分采用三电平结构，与传统的两电平结构相比，输出波形得到改善，谐波小，损耗低，效率高。
3、传统变频器的预充电部分位于整流部分与直流滤波部分之间。预充电部分的高压真空接触器及预充电阻体积较大，将预充电部分由变频器主体前移至移相变压器内，不但减少了预充电部分的数目，而且改善了变频器主体机芯的结构，节约了成本，控制更加简单，也有效减小了变频器主体的体积。
附图说明
图1是本发明级联型6kV矿用高压防爆变频器的电路结构示意图。
图2是功率单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述级联型6kV矿用高压防爆变频器由移相变压器、变频器主体、输出滤波器三部分组成。变频器主体包括3个结构相同的功率单元，每个功率单元构成一相，功率单元输出电压为3.4kV，变频器整机输出线电压为6kV。因为只有3个功率单元，所以移相变压器只需提供3个隔离电源。
如图1所示，由高压真空接触器及预充电阻组成的预充电部分位于移相变压器的一次侧。
功率单元原理电路如图2所示，由整流部分、直流滤波部分和逆变输出部分组成。整流部分采用6脉波整流电路，由6个整流二极管(VD1～VD6)组成。每两个整流二极管串联在一起构成一条支路，三条支路并联在一起。直流滤波部分由串联的2个滤波电容(C1～C2)和串联的2个均压电阻(R3～R4)组成， 滤波电容采用高压大容量薄膜电容。逆变器输出部分采用二极管箝位式三电平桥式电路结构。该结构由高压IGBT(VI1～VI8)和高压二极管(VD11～VD18)组成。每个高压IGBT均反并联有二极管，每4个IGBT串联构成一个桥臂，两个桥臂并联后接入回路。直流滤波部分的中心点O由两个箝位二极管VD7和VD8(或VD9和VD10)引出，分别接到两个桥臂的中间。
本发明的工作原理为：当移相变压器前级高压断路器闭合时，10kV高压电送入移相变压器，此时高压真空接触器处于断开状态，预充电阻接入主电路，预充电开始。当预充电完成时，高压真空接触器闭合，将预充电阻短路。移相变压器的二次侧提供三组3.4kV电压的隔离电源，分别为变频器主体的三个功率单元供电。功率单元的整流部分将交流电变换成直流电，直流电经过滤波电容滤波后，再由逆变部分变换成交流电，之后再经过输出滤波器，最终输出给负载。
通过减少功率单元的数目，减少了变频器主体的体积，也减少了独立隔离电源的数目，有助于减小移相变压器的体积，这些都有利于设备在矿井下的运输、安装与维护。此外，功率单元数目的减少，减少了器件的数目，降低了损耗，设备的结构得到简化，接线难度降低，可靠性得到改善。功率单元逆变输出部分采用三电平结构，与传统的两电平结构相比，输出波形得到改善，谐波小，损耗低，效率高。将预充电部分由变频器主体前移至移相变压器内，减少了预充电部分的数目，改善了变频器机芯的结构，节约了成本，控制更加简单，也有效减小了变频器的体积。
Claims (5)
1.一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，其特征在于：所述变频器由依次连接的移相变压器、变频器主体和输出滤波器三部分组成；所述变频器主体的每相只串联一个功率单元，所述功率单元的输出电压为3.4kV高电压，变频器整机输出的线电压为6kV；所述变频器的预充电部分由变频器主体前移至移相变压器内。
2.根据权利要求1所述的一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，其特征在于：所述移相变压器一次侧输入电压为10kV，二次侧输出三组3.4kV隔离电压。
3.根据权利要求1所述的一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，其特征在于：所述功率单元包括依次连接的整流部分、直流滤波部分和逆变输出部分；所述整流部分采用6脉波整流电路，由6个整流二极管组成，每两个整流二极管串联构成一条支路，6个整流二极管构成的三条支路并联形成整流部分；所述直流滤波部分由串联的2个滤波电容和串联的2个均压电阻再并联后形成；所述逆变输出部分采用二极管箝位式三电平桥式电路结构；该结构包括8个高压IGBT和反并联在每个高压IGBT上的高压二极管，每4个高压IGBT串联构成一个桥臂，8个高压IGBT构成的两个桥臂并联后接入回路；直流滤波部分的中心点O由并联在一个桥臂上的两个箝位二极管或另一个桥臂上的两个箝位二极管引出，并分别接到两个桥臂的中间。
4.根据权利要求1所述的一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，其特征在于：所述预充电部分由高压真空接触器及预充电阻组成，预充电部分位于移相变压器的一次侧。
5.根据权利要求3所述的一种新型级联型6kV矿用高压防爆变频器，其特征在于：所述滤波电容采用高压大容量薄膜电容。
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