CN108390512A - 一种3300v高压永磁变频电机一体机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3300V高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机和安装于永磁同步电动机上方的变频器，所述永磁同步电动机和所述变频器通过法兰连接，所述变频器内设有动力电源接线腔、输入电抗器接线腔和主控腔，所述主控腔内部包含能够实现永磁同步电动机矢量控制的主控单元、整流器件、电容储能模块和逆变功率单元，所述的永磁同步电动机为具有九相独立线圈绕组的永磁同步电动机。本发明的有益效果是，结构简单，实用性强。

Description

一种3300V高压永磁变频电机一体机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是一种3300V高压永磁变频电机一体机。
背景技术
目前，煤矿井下使用的3300V高压变频器主要应用于刮板运输机上，其驱动电机一般为异步感应电机，驱动部分除了电机还包含减速器、液力耦合器等机械结构，传动系统结构复杂、耗电量大、占用较大的空间、维护不便，由于电路结构上采用单元串联的形式，体积普遍偏大，较之于井下狭小的作业空间以及严苛的作业条件，给正常生产带来极大的不便。受到技术条件和矿山机械设备制造水平的制约，变频器和电机往往分开放置，两者通过电缆连接，由于连接电缆的存在会使系统整体性能降低，电缆过短会使电机端电源供电距离受限，电缆过长则会因长距离变频供电导致电机端du/dt较大，过高的电压尖峰将会引起电机绝缘老化甚至击穿，缩短电机的使用寿命。
现有的高压变频器一般采用级联式多电平技术，通过多个单元串联连接，每个单元内部均包含整流、滤波、逆变等变频器的全部回路拓扑结构，虽然内部功率模块可以使用低压模块，但采用该方式的变频器结构庞大、生产成本较高、控制方式复杂，由于现场工况负载波动较大，控制性能要求相应提高，同时回路中过多的元器件会增加变频器的故障发生率，不利于设备长期可靠稳定运行。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种3300V高压永磁变频电机一体机。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种3300V高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机和安装于永磁同步电动机上方的变频器，所述永磁同步电动机和所述变频器通过法兰连接，所述变频器内设有动力电源接线腔、输入电抗器接线腔和主控腔，所述主控腔内部包含能够实现永磁同步电动机矢量控制的主控单元、整流器件、电容储能模块和逆变功率单元，所述的永磁同步电动机为具有九相独立线圈绕组的永磁同步电动机。
所述变频器的整流器件采用三相半控桥式模块串联均压整流，所述整流器件使用二极管串联电阻接入一相输入回路的形式提供上电回路。
所述整流器件和二极管下方设有绝缘导热件。
所述永磁同步电动机连有水冷散热器，所述水冷散热器的水冷板内嵌水路通道并与所述永磁同步电动机内部水道串接形成一个供水冷却回路。
所述水冷散热器的水冷板进出水口与所述永磁同步电动机的水道连接处采用O型密封圈进行密封。
所述变频器上设有参数显示屏和通电指示灯，所述变频器上设有用于与外部信号和主回路电缆连接的接口。
所述电容储能模块由三组电容组串联组成，所述电容组由多个电容并联组成，所述电容组两端还并联有均压电阻。
所述变频器的逆变功率单元通过采用多个低压逆变模块串联分压形成三组两电平逆变单元串联九相输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有九路独立线圈绕组的永磁同步电动机的电源输入端。
所述变频器的每个输出端均安装有独立霍尔元件对实时电流进行采样。
所述永磁同步电动机内部包含三组单元电机，所述单元电机均包含三相独立线圈绕组，所述独立线圈绕组间均电气隔离，所述独立线圈绕组的阻抗一致，所述三组单元电机中性点独立连接，所述九路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电机内部的旋转磁场。
利用本发明的技术方案制作的一种3300V高压永磁变频电机一体机，具有结构简单、体积小、低速大转矩、效率高等优点，将变频器与永磁同步电机结合在一起形成一体机除了能充分发挥永磁同步电机固有的优良特性外，还能消除变频器对独立电机控制过程中外在因素的不利影响，提高控制性能，减小故障发生率，消除了外部连接电缆对系统的不利影响，使系统性能得到较好的发挥，能够满足现场各种工况的要求，更加适合于煤炭自动化生产，有利于设备长期可靠稳定运行。较之于传统3300V高压变频器，大大节省了生产成本，同时主回路拓扑结构的改变使得控制性能提高，降低了故障发生率，在实际生产中存在巨大的优势。变频器的每个输出端均安装有独立霍尔元件对实时电流进行采样，实现驱动控制以及电路保护功能，该结构能使控制器对逆变模块的驱动控制更加精确，并通过对各相电流间平衡度的判断来有效保护一体机，避免出现炸机风险。
附图说明
图1是本发明所述一种3300V高压永磁变频电机一体机的结构示意图；
图2是本发明所述一种3300V高压永磁变频电机一体机的主回路拓扑结构图；
图中，1、永磁同步电动机；2、变频器；3、动力电源接线腔；4、输入电抗器接线腔；5、主控腔；6、主控单元；7、整流器件；8、电容储能模块；9、逆变功率单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-2所示，一种3300V高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机1和安装于所述永磁同步电动机1上方的变频器2，所述永磁同步电动机1和所述变频器2通过法兰连接，所述变频器2内设有动力电源接线腔3、输入电抗器接线腔4和主控腔5，所述主控腔5内部包含能够实现永磁同步电动机1矢量控制的主控单元6、整流器件7、电容储能模块8和逆变功率单元9，所述的永磁同步电动机1为具有九相独立线圈绕组的永磁同步电动机1；所述变频器2的整流器件7采用三相半控桥式模块串联均压整流，所述整流器件7使用二极管串联电阻接入一相输入回路的形式提供上电回路；所述整流器件7和二极管下方设有绝缘导热件；所述永磁同步电动机1连有水冷散热器，所述水冷散热器的水冷板内嵌水路通道并与所述永磁同步电动机1内部水道串接形成一个供水冷却回路；所述水冷散热器的水冷板进出水口与所述永磁同步电动机1的水道连接处采用O型密封圈进行密封；所述变频器2上设有参数显示屏和通电指示灯，所述变频器2上设有用于与外部信号和主回路电缆连接的接口；所述电容储能模块8由三组电容组串联组成，所述电容组由多个电容并联组成，所述电容组两端还并联有均压电阻；所述变频器2的逆变功率单元9通过采用多个低压逆变模块串联分压形成三组两电平逆变单元串联九相输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有九路独立线圈绕组的永磁同步电动机1的电源输入端；所述变频器2的每个输出端均安装有独立霍尔元件对实时电流进行采样；所述永磁同步电动机1内部包含三组单元电机，所述单元电机均包含三相独立线圈绕组，所述独立线圈绕组间均电气隔离，所述独立线圈绕组的阻抗一致，所述三组单元电机中性点独立连接，所述九路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电机内部的旋转磁场。
本实施方案的特点为，变频器内设有动力电源接线腔、输入电抗器接线腔和主控腔，主控腔内部包含能够实现永磁同步电动机矢量控制的主控单元、整流器件、电容储能模块和逆变功率单元，变频器的整流器件采用三相半控桥式模块串联均压整流，整流器件使用二极管串联电阻接入一相输入回路的形式提供上电回路，电容储能模块由三组电容组串联组成，电容组由多个电容并联组成，电容组两端还并联有均压电阻，变频器的逆变功率单元通过采用多个低压逆变模块串联分压形成三组两电平逆变单元串联九相输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有九路独立线圈绕组的永磁同步电动机的电源输入端，变频器的每个输出端均安装有独立霍尔元件对实时电流进行采样，永磁同步电动机内部包含三组单元电机，单元电机均包含三相独立线圈绕组，独立线圈绕组间均电气隔离，独立线圈绕组的阻抗一致，三组单元电机中性点独立连接，九路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电机内部的旋转磁场。利用本发明的技术方案制作的一种3300V高压永磁变频电机一体机，具有结构简单、体积小、低速大转矩、效率高等优点，将变频器与永磁同步电机结合在一起形成一体机除了能充分发挥永磁同步电机固有的优良特性外，还能消除变频器对独立电机控制过程中外在因素的不利影响，提高控制性能，减小故障发生率，消除了外部连接电缆对系统的不利影响，使系统性能得到较好的发挥，能够满足现场各种工况的要求，更加适合于煤炭自动化生产，有利于设备长期可靠稳定运行。较之于传统3300V高压变频器，大大节省了生产成本，同时主回路拓扑结构的改变使得控制性能提高，降低了故障发生率，在实际生产中存在巨大的优势。变频器的每个输出端均安装有独立霍尔元件对实时电流进行采样，实现驱动控制以及电路保护功能，该结构能使控制器对逆变模块的驱动控制更加精确，并通过对各相电流间平衡度的判断来有效保护一体机，避免出现炸机风险。
在本实施方案中，3300V高压永磁变频电机一体机采用将变频器和电机组合式安装方式，将变频器安装于电机的上方形成一体机，两者通过法兰连接，变频器整体分为多个腔体。一体机采用水冷散热方式，散热器水路管道与电机水套串接形成一个冷却回路，在接口处使用O型密封圈进行密封。变频器整流部分采用三相半控桥式模块串联均压整流，使用二极管串电阻的独特形式代替输入接触器和可控硅功能，在整流功率模块下方分别放置新型绝缘导热材料做绝缘加强，电压源型电容储能，多个电容组串联均压，逆变部分为多组低压模块串联组成的单元、单元之间串联形成具有九相输出的主回路拓扑结构，在变频器每路输出端安装有独立霍尔元件对电流进行采样，实现驱动控制以及电路保护功能。变频器九相输出通过接线腔内的贯通口直接连接至具九相独立线圈绕组的永磁同步电动机，永磁同步电机内部包含多个单元电机，数量与变频器逆变部分逆变单元数量一致，各相绕组设计阻抗一致。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3300V高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机（1）和安装于所述永磁同步电动机（1）上方的变频器（2），其特征在于，所述永磁同步电动机（1）和所述变频器（2）通过法兰连接，所述变频器（2）内设有动力电源接线腔（3）、输入电抗器接线腔（4）和主控腔（5），所述主控腔（5）内部包含能够实现永磁同步电动机（1）矢量控制的主控单元（6）、整流器件（7）、电容储能模块（8）和逆变功率单元（9），所述的永磁同步电动机（1）为具有九相独立线圈绕组的永磁同步电动机（1）。
2.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于,所述变频器（2）的整流器件（7）采用三相半控桥式模块串联均压整流，所述整流器件（7）使用二极管串联电阻接入一相输入回路的形式提供上电回路。
3.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述整流器件（7）和二极管下方设有绝缘导热件。
4.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述永磁同步电动机（1）连有水冷散热器，所述水冷散热器的水冷板内嵌水路通道并与所述永磁同步电动机（1）内部水道串接形成一个供水冷却回路。
5.根据权利要求4所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述水冷散热器的水冷板进出水口与所述永磁同步电动机（1）的水道连接处采用O型密封圈进行密封。
6.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述变频器（2）上设有参数显示屏和通电指示灯，所述变频器（2）上设有用于与外部信号和主回路电缆连接的接口。
7.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述电容储能模块（8）由三组电容组串联组成，所述电容组由多个电容并联组成，所述电容组两端还并联有均压电阻。
8.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述变频器（2）的逆变功率单元（9）通过采用多个低压逆变模块串联分压形成三组两电平逆变单元串联九相输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有九路独立线圈绕组的永磁同步电动机（1）的电源输入端。
9.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述变频器（2）的每个输出端均安装有独立霍尔元件对实时电流进行采样。
10.根据权利要求1所述的3300V高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述永磁同步电动机（1）内部包含三组单元电机，所述单元电机均包含三相独立线圈绕组，所述独立线圈绕组间均电气隔离，所述独立线圈绕组的阻抗一致，所述三组单元电机中性点独立连接，所述九路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电机内部的旋转磁场。
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