CN108390513A - 10kV高压永磁变频电机一体机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了10kV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，所述变频器整体又分为多个腔体，所述一个腔体为动力电源接线腔，所述一个腔体为输入电抗器接线腔，所述一个腔体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六相独立线圈绕组的永磁同步电动机，所述此一体机使用水冷散热器进行散热。本发明的有益效果是，结构简单，实用性强。

Description

10kV高压永磁变频电机一体机
技术领域
本发明涉及电力拖动领域，特别是10kV高压永磁变频电机一体机。
背景技术
目前，高压变频器一般采用级联式多电平技术，结构上主要包括启动柜、移相变压器、功率单元柜和控制器等部分。虽然采用该结构的高压变频器在性能上存在一定优势，但受限于体积大、防护等级低，该类型的高压变频器不符合煤安防爆要求，无法应用于煤矿井下作业。迄今为止，煤矿井下使用的高压变频器成熟产品仅为3300V电压等级，传统的单元串联方式无法实现10kV高电压等级的变频拖动应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了10kV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，10kV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，所述变频器整体又分为多个腔体，所述一个腔体为动力电源接线腔，所述一个腔体为输入电抗器接线腔，所述一个腔体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六相独立线圈绕组的永磁同步电动机，所述此一体机使用水冷散热器进行散热。
所述变频器整流部分采用三相半控桥式模块串联均压整流，使用二极管串联电阻接入一相输入回路的独特形式提供上电回路，省去了传统主回路中使用的输入接触器和可控硅，简化了电路结构、降低了生产成本。
所述变频器壳体表面带有参数显示和带电指示功能，具有与外部信号和主回路电缆连接的接口。
所述采用水冷散热方式，变频器水冷板内嵌水路通道与电机内部水道串接形成一个供水冷却回路，结构简单、维护方便。
所述水冷散热器水冷板采用新型绝缘导热材料，具有导热系数高、绝缘性能好的特点，水冷散热器水冷板进出水口与电机水道连接处采用O型密封圈进行密封，防止冷却水外溢。
所述电容储能模块部分由三组电容组串联组成，每组电容组由多个电容并联组成，每组电容组两端还并联有均压电阻。
所述变频器逆变电路通过采用多个低压逆变模块串联分压形成三组三电平逆变单元串联九路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，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。
所述九相输入永磁同步电动机结构上包含九路独立线圈绕组，相邻独立线圈绕组之间相互电气隔离，每路线圈绕组设计阻抗一致，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。
所述九相输入永磁同步电动机内部包含三组单元电机，每组单元电机均包含三相独立线圈绕组，三组单元电机中性点独立连接。
利用本发明的技术方案制作的10kV高压永磁变频电机一体机，10kV高压永磁变频电机一体机具有结构紧凑、系统成本低、性能优良的特点，解决了高压变频器输出距离受限、输出电缆对周围设备产生干扰的问题，同时避免了长距离变频供电造成的电机端电压尖峰过大导致的电机绝缘老化甚至击穿情况的发生，能够实现采用低压功率模块串联结构的10kV高压变频器在实际中的广泛应用。
附图说明
图1是本发明所述10kV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10kV高压永磁变频电机一体机的变频器主回路拓扑结构图；
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、矢量控制的主控单元；6、整流器件；7、电容储能模块；8、逆变功率单元；9、水冷散热器。
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，10kV高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机1和安装于永磁同步电动机1上方的变频器2，所述变频器2整体又分为多个腔体，所述一个腔体为动力电源接线腔3，所述一个腔体为输入电抗器接线腔4，所述一个腔体内部包含能够实现永磁同步电动机矢量控制的主控单元5、整流器件6、电容储能模块7和逆变功率单元8，所述的永磁同步电动机1为具有六相独立线圈绕组的永磁同步电动机1，所述此一体机使用水冷散热器9进行散热；所述变频器2整流部分采用三相半控桥式模块串联均压整流，使用二极管串联电阻接入一相输入回路的独特形式提供上电回路，省去了传统主回路中使用的输入接触器和可控硅，简化了电路结构、降低了生产成本；所述变频器2壳体表面带有参数显示和带电指示功能，具有与外部信号和主回路电缆连接的接口；所述采用水冷散热方式，变频器2水冷板内嵌水路通道与电机内部水道串接形成一个供水冷却回路，结构简单、维护方便；所述水冷散热器9水冷板采用新型绝缘导热材料，具有导热系数高、绝缘性能好的特点，水冷散热器9水冷板进出水口与电机水道连接处采用O型密封圈进行密封，防止冷却水外溢；所述电容储能模块7部分由三组电容组串联组成，每组电容组由多个电容并联组成，每组电容组两端还并联有均压电阻；所述变频器2逆变电路通过采用多个低压逆变模块串联分压形成三组三电平逆变单元串联九路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，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；所述九相输入永磁同步电动机结构上包含九路独立线圈绕组，相邻独立线圈绕组之间相互电气隔离，每路线圈绕组设计阻抗一致，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；所述九相输入永磁同步电动机内部包含三组单元电机，每组单元电机均包含三相独立线圈绕组，三组单元电机中性点独立连接。
本实施方案的特点为，变频器整体又分为多个腔体，一个腔体为动力电源接线腔，一个腔体为输入电抗器接线腔，一个腔体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，的永磁同步电动机为具有六相独立线圈绕组的永磁同步电动机，此一体机使用水冷散热器进行散热，10kV高压永磁变频电机一体机具有结构紧凑、系统成本低、性能优良的特点，解决了高压变频器输出距离受限、输出电缆对周围设备产生干扰的问题，同时避免了长距离变频供电造成的电机端电压尖峰过大导致的电机绝缘老化甚至击穿情况的发生，能够实现采用低压功率模块串联结构的10kV高压变频器在实际中的广泛应用。
在本实施方案中，10kV高压永磁变频电机一体机采用将变频器和永磁同步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，变频器水冷散热器与电机水路串接形成一个冷却回路，其中水冷板采用新型绝缘导热材料，接口处使用O型密封圈做密封处理。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、电压源型电容储能多个电容组串联均压，逆变部分为多个低压IGBT模块串联组成的逆变单元、单元之间串联形成具有九相输出的主回路拓扑结构，在变频器每相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。变频器九相输出直接连接至具有九路独立线圈绕组的永磁同步电动机，电机内部独立绕组相互电气隔离，每路绕组阻抗一致。
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)

1.10kV高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机（1）和安装于永磁同步电动机（1）上方的变频器（2），其特征在于，所述变频器（2）整体又分为多个腔体，所述一个腔体为动力电源接线腔（3），所述一个腔体为输入电抗器接线腔（4），所述一个腔体内部包含能够实现永磁同步电动机矢量控制的主控单元（5）、整流器件（6）、电容储能模块（7）和逆变功率单元（8），所述的永磁同步电动机（1）为具有六相独立线圈绕组的永磁同步电动机（1），所述此一体机使用水冷散热器（9）进行散热。
2.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机,其特征在于，所述变频器（2）整流部分采用三相半控桥式模块串联均压整流，使用二极管串联电阻接入一相输入回路的独特形式提供上电回路，省去了传统主回路中使用的输入接触器和可控硅，简化了电路结构、降低了生产成本。
3.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述变频器（2）壳体表面带有参数显示和带电指示功能，具有与外部信号和主回路电缆连接的接口。
4.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述采用水冷散热方式，变频器（2）水冷板内嵌水路通道与电机内部水道串接形成一个供水冷却回路，结构简单、维护方便。
5.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述水冷散热器（9）水冷板采用新型绝缘导热材料，具有导热系数高、绝缘性能好的特点，水冷散热器（9）水冷板进出水口与电机水道连接处采用O型密封圈进行密封，防止冷却水外溢。
6.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述电容储能模块（7）部分由三组电容组串联组成，每组电容组由多个电容并联组成，每组电容组两端还并联有均压电阻。
7.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述变频器（2）逆变电路通过采用多个低压逆变模块串联分压形成三组三电平逆变单元串联九路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。
8.根据权利要求1所述的10kV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，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。
9.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述九相输入永磁同步电动机结构上包含九路独立线圈绕组，相邻独立线圈绕组之间相互电气隔离，每路线圈绕组设计阻抗一致，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。
10.根据权利要求1所述的10kV高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述九相输入永磁同步电动机内部包含三组单元电机，每组单元电机均包含三相独立线圈绕组，三组单元电机中性点独立连接。
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