CN108390514A - 一种6kV高压永磁变频电机一体机 - Google Patents

一种6kV高压永磁变频电机一体机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种6kV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六相独立线圈绕组的永磁同步电动机，所述永磁同步电动机连有水冷散热器。本发明的有益效果是，结构简单，实用性强。

Description

一种6kV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6kV高压永磁变频电机一体机。
背景技术
目前，煤矿井下使用的高压变频器一般采用级联式多电平技术，结构上采用单元串联的方式实现，受到电压等级、模块性能和生产成本等因素的制约，采用该结构的高压变频器体积普遍偏大且控制方式复杂。目前，煤炭开采、运输专用设备仍一直延续变频器搭配电机的方式，不仅外在结构体积大，而且由于连接电缆的存在会使系统性能降低，若是长距离变频供电还会引起电机端电压尖峰过大，进而损坏电机。
6kV高压变频器功率模块要求具有较高的耐压等级，若采用传统两电平或三电平主回路拓扑结构，现有的功率模块耐压等级达不到6kV高压变频器的技术要求，另外，鉴于此类器件的固有特点，如价格昂贵、依赖进口、使用领域受限等，因此没有广泛应用于实际产品。
现实应用中，变频器驱动的电动机多为具有三相输入电源的异步感应电机，传动系统除了电机还包含减速器、液力耦合器等机械结构，系统结构复杂，耗电量大，占用较大的空间、维护不便，较之于井下狭小的空间和严苛的生产条件，给正常生产带来极大的不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种6kV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6kV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，所述永磁同步电动机连有水冷散热器。
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两组电容组串联组成，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两组三电平逆变单元串联六相输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有六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两组单元电机，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，所述单元电机中性点独立连接，所述六路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电动机内部的旋转磁场。
利用本发明的技术方案制作的一种6kV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6kV高压变频器在实际中的广泛应用。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6kV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6kV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6kV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，所述永磁同步电动机1连有水冷散热器；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采用新型绝缘导热材料制成；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由两组电容组串联组成，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两组三电平逆变单元串联六路输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有六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包含六路独立线圈绕组，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，所述六路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电动机内部的旋转磁场；所述永磁同步电动机1内部包含两组单元电机，所述单元电机均包含三相独立线圈绕组，所述单元电机中性点独立连接。
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，电容储能模块由两组电容组串联组成，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两组三电平逆变单元串联六相输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有六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两组单元电机，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，两组单元电机中性点独立连接，六路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电动机内部的旋转磁场。利用本发明的技术方案制作的一种6kV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6kV高压变频器在实际中的广泛应用。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，6kV高压永磁变频电机一体机采用将变频器和永磁同步电动机组合式安装方式，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六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。变频器六相输出直接连接至具有六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)

1.一种6kV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），所述永磁同步电动机（1）连有水冷散热器。
2.根据权利要求1所述的一种6kV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所述的一种6kV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采用新型绝缘导热材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种6kV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。
5.根据权利要求1所述的一种6kV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。
6.根据权利要求1所述的一种6kV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）由两组电容组串联组成，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。
7.根据权利要求1所述的一种6kV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两组三电平逆变单元串联六路输出的主回路拓扑结构，每个输出端对应连接于具有六路独立线圈绕组的永磁同步电动机（1）的电源输入端。
8.根据权利要求1所述的一种6kV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。
9.根据权利要求1所述的一种6kV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）包含六路独立线圈绕组，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，所述六路独立线圈绕组共同作用产生永磁同步电动机（1）内部的旋转磁场。
10.根据权利要求1所述的一种6kV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）内部包含两组单元电机，所述单元电机均包含三相独立线圈绕组，所述单元电机中性点独立连接。
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