CN115333406A - 一种降压式多机组合变频器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的降压式多机组合变频器系统，包括交流电网、上电回路部分、移相变压器、逆变器部分、现场电机部分以及控制系统，移相变压器的次级绕组的数量Q=3k；逆变器数量N与电机数量M，每个逆变器中功率单元的数量P=3j，移相变压器的Q个次级绕组均分为N组，被均分后的一组次级绕组对一个逆变器中的P个功率单元供电，Q=N*P；相邻两次级绕组的移相角度差为180°/Q。本发明的变频器系统，利用一台移相变压器经多台逆变器对多台电机的控制，有利于减小在矿井下应用时的占地面积，同时通过移相变压器次级绕组移相角度抵消逆变器整流产生的谐波，降低了井下电网谐波含量，适于应用在诸如矿山皮带机、刮板机等多机拖动的防爆场合。

Description

一种降压式多机组合变频器系统
技术领域
本发明涉及一种变频器系统，更具体的说，尤其涉及一种降压式多机组合变频器系统。
背景技术
随着煤矿智能化发展需求，煤矿开采越来越注重高效、节能。交流电机变频调速是当今节约电能、智能调控、提高产品质量以及改善运行环境的一种重要手段。当前1140V或者3300V防爆变频器市场竞争越来越激烈，集成化以及组合式小体积防爆变频器越来越受用户青睐。目前1140V或者3300V变频器都是通过移动变电站进行降到需要的电压，变频器均采用六脉波整流方式给内部逆变器供电，造成电网谐波含量非常大，然而常规逆变器均逆变均两电平或者三电平设计，输出谐波含量大，对电缆以及电机绝缘有一定损伤，并且通过移动变电站和变频器配套使用，占地面积大。因此，拥有一台谐波含量小从供电以及多台变频器集成化装置尤其重要。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种降压式多机组合变频器系统。
本发明的降压式多机组合变频器系统，包括交流电网、上电回路部分、移相变压器、逆变器部分、现场电机部分以及控制系统，移相变压器为降压变压器，移相变压器的初级绕组经上电回路部分接于交流电网上，移相变压器的次级绕组经逆变器部分与现场电机部分相连接，控制系统经逆变器部分实现对现场电机部分的变频控制；逆变器部分由多个逆变器组成，现场电机部分由多个电机组成，逆变器由多个功率单元组成；其特征在于：移相变压器的次级绕组的数量Q=3k，k为正整数，k≥2；逆变器部分中逆变器的数量N与现场电机部分中电机的数量M相等，且M≥2，N≥2；每个逆变器中功率单元的数量P=3j，j为正整数，j≥1；移相变压器的Q个次级绕组均分为N组，被均分后的一组次级绕组对一个逆变器中的P个功率单元供电，Q=N*P；
移相变压器对同相功率单元供电的Q/3个次级绕组中相邻两次级绕组的移相角度差为180°/Q。
本发明的降压式多机组合变频器系统，所述上电回路部分由主接触器KM1、控制变压器TM1、缓冲电阻R1和缓冲接触器KM2组成，移相变压器具有高压初级绕组和低压初级绕组两个输入端，移相变压器的高压初级绕组经主接触器KM1的常开点接于交流电网上，控制变压器TM1为降压变压器，控制变压器TM1的初级绕组接于交流电网上，控制变压器TM1的次级绕组依次经缓冲电阻R1和缓冲接触器KM2的常开点接于移相变压器的低压初级绕组上。
本发明的降压式多机组合变频器系统，所述功率单元为二象限功率单元或四象限功率单元，功率单元由整流电路和逆变电路构成，整流电路的输入端接于移相变压器的次级绕组上，整流电路的输出端形成直流母线，逆变电路的输入端接于直流母线上，属于同一相的功率单元中的逆变电路以串联的方式级联；三相功率单元的逆变电路的输出以三角形或星形的接线方式接于电机的电源输入端。
本发明的降压式多机组合变频器系统，所述移相变压器的次级绕组的数量为18个，逆变器部分中逆变器的数量和现场电机部分中电机的数量均为2个；每个逆变器中含有9个功率单元，9个功率单元中每3个功率单元相串联形成一相输出，9个功率单元的输入端与9个移相变压器的次级绕组相连接；与逆变器中不同相功率单元相连接的移相变压器的次级绕组移相角度分别为-25°、-15°、-5°、+5°、+15°、+25°，以实现对35次以下谐波的消除。
本发明的降压式多机组合变频器系统，所述移相变压器的次级绕组的数量为15个，逆变器部分中逆变器的数量和现场电机部分中电机的数量均为5个；每个逆变器中含有3个功率单元，3个功率单元的输入端与3个移相变压器的次级绕组相连接；与逆变器中不同相功率单元相连接的移相变压器的次级绕组移相角度分别为-24°、-12°、0°、+12°、+24°，以实现对29次以下谐波的消除。
本发明的有益效果是：本发明的降压式多机组合变频器系统，设置有上电回路部分、移相变压器、逆变器部分、现场电机部分以及控制系统，移相变压器的初级绕组上电回路部分接于交流电网上，移相变压器的次级绕组接于逆变部分的多个逆变器上，以利用多个逆变器对现场电机部分中的多个电机分别进行变频控制，这样，实现了利用一台移相变压器经多台逆变器对多台电机的控制，有利于减小在矿井下应用时的占地面积，同时通过移相变压器次级绕组移相角度抵消逆变器整流产生的谐波，从而实现降低井下电网谐波含量，适于应用煤矿井下诸如矿山皮带机，刮板机等多机拖动的防爆场合。
进一步地，移相变压器起到降压、隔离及消谐波作用，消除电源谐波失真，保证总输入谐波畸变满足国家标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置，解决了变频器影响电网质量问题。通过逆变器中功率单元串联叠加技术，使变频器输出波形基本与工频电压正弦波形相近，无需输出滤波器，对电机及电缆绝缘无损伤，适用于普通电机，实现电机长距离供电，解决了对电机、电缆损坏问题以及长距离供电问题。
通过逆变器中模块化功率单元，方便现场维修维护工作；通过将变压器和多个逆变器集成设计，降低产品开发成本，解决了井下占地面积问题。上电回路部分起到限制移相变压器励磁涌流和逆变器内部电容冲击电流的作用，并可在设备出现故障问题时立即断开与交流电网的连接，防止事故进一步扩大。
附图说明
图1为本发明的降压式多机组合变频器系统的原理图；
图2为本发明中实施例1的电路图；
图3为本发明中实施例2的电路图；
图4为本发明中由二象限功率单元所形成的逆变器的一相电路图；
图5为本发明中二象限功率单元的电路图；
图6为本发明中由四象限功率单元所形成的逆变器的一相电路图；
图7为本发明中四象限功率单元的电路图。
图中：1上电回路部分，2移相变压器，3逆变器部分，4控制系统，5现场电机部分，6交流电网，7逆变器，8电机，9次级绕组，10主接触器KM1，11控制变压器TM1，12缓冲电阻R1，13缓冲接触器KM2，14功率单元，15光线接口，16整流电路，17逆变电路。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，给出了本发明的降压式多机组合变频器系统的原理图，其由上电回路部分1、移相变压器2、逆变电路部分3、控制系统4、现场电机部分5以及交流电网6组成，电流电网6采用10kV/6kV或者其他交流供电电压，移相变压器2的初级绕组经上电回路部分1接于交流电网6上，上电回路部分1用于避免上电过程中对逆变器7和移相变压器2造成冲击，并且可在故障发生时断开与交流电网6的连接。所示的逆变器部分3由多个逆变器7构成，现场电机部分5由多个电机8构成，每个逆变器7对一个电机8进行变频控制。控制系统4用于控制整个变频器系统的运行，控制系统4经光纤接口15控制变频器的运行，实现对电机8的变频控制。
这样，通过将多台逆变器7连接到一台移相变压器2上，就实现了一台移相变压器3对多台逆变器7的供电，最终控制多台电机8的运行。所利用的移相变压器2为降压变压器，移相变压器2的次级绕组数量为3的倍数，记所利用的移相变压器的次级绕组数量为Q，Q=3k，k为大于等于2的正整数。记逆变器部分3中逆变器7的数量为N，现场电机部分5中电机8的数量为M，M=N，且M和N均大于等于2。并设每个逆变器7中功率单元14的数量为P，由于逆变器至少为三相，故逆变器7中功率单元14的数量亦为3的倍数，故设P=3j，j为正整数，j≥1。要实现移相变压器2的Q个次级绕组对N个逆变器7的供电，则要求移相变压器的Q个次级绕组均分为N组，被均分后的一组次级绕组对一个逆变器中的P个功率单元14供电，Q=N*P。
当移相变压器2的次级绕组与变频器7中的每个功率单元14连接后，为了实现对变频器7工作过程中谐波的抑制，要求移相变压器Q对同相功率单元供电的Q/3个次级绕组中相邻两次级绕组的移相角度差为180°/Q。
所示的上电回路部分1由主接触器KM1、控制变压器TM1、缓冲电阻R1和缓冲接触器KM2构成，移相变压器2具有高压初级绕组和低压初级绕组两个输入端，移相变压器2的高压初级绕组经主接触器KM1的常开点接于交流电网6上，这样，通过控制主接触器KM1即可控制移相变压器2元交流电网6之间的连接和断开。控制变压器TM1的初级绕组经保险丝直接接于交流电网6上，控制变压器TM1为降压变压器，如即可将电网电压6转化为380V的交流电压输出。控制变压器TM1的次级绕组依次经缓冲电阻器12、缓冲接触器KM2的常开点接于移相变压器2的低压初级绕组上。上电回路部分1作用是：第一，通过缓冲电阻R1起到限制移相变压器2的励磁涌流和逆变器7内部电容冲击电流，第二，在设备出现故障问题时可立即断开主接触器KM1，防止故障进一步扩大。
移相变压器2是一种初级星型接法，次级具有不同移相角度多副边绕组，移相变压器2的次级绕组每个绕组为延边三角形接法，分别相同移相角度；通过移相变压器2的次级绕组给多个逆变器中功率单元供电，通过移相变压器2次级绕组移相角度抵消逆变器整流产生谐波。
如图2所示，给出了实施例1的电路图，所示的移相变压器2的次级绕组9的数量为18个，逆变器部分3中逆变器7的数量和现场电机部分5中电机8的数量均为2个，两个电机8的额定电压为3300V。每个逆变器7中含有9个功率单元14，9个功率单元中每3个功率单元相串联形成一相输出，如对于图2中的逆变器N1来说，逆变器N1中的功率单元A1、功率单元A2和功率单元A3以串联的形式级联后形成逆变器N1的A相输出，功率单元B1、B2和B3以串联的形式级联后形成逆变器N1的B相输出，功率单元C1、C2和C3以串联的形式级联后形成逆变器N1的C相输出。
移相变压器2输出单标号分别为1、2和3的次级绕组9分别与功率单元A1、A2和A3的输入端相连接，标号分别为4、5和6的次级绕组9分别与功率单元B1、B2和B3的输入端相连接，标号分别为7、8和9的次级绕组9分别与功率单元C1、C2和C3的输入端相连接。移相变压器2输出单标号为10至18的次级绕组9分别与逆变器N1的相应功率单元14相连接。其中与功率单元A1、A2和A3相连接标号分别为1、2和3的次级绕组9的移相角度为分别为-25°、-15°、-5°，与功率单元B1、B2、B3相连接的次级绕组的移相角度为分别为-25°、-15°、-5°，与功率单元 C1、C2和C3相连接的移相变压器的次级绕组9的移相角度也分别为-25°、-15°、-5°。同理，逆变器N2中的三相相连接的移相角度分别为+5°、+15°、+25°，这种移相接法可以有效地消除35次以下的谐波。
如图3所示，给出了实施例2的电路图，所示移相变压器2的次级绕组9的数量为15个，逆变器部分3中逆变器7的数量和现场电机部分5中电机8的数量均为5个；每个逆变器7中含有3个功率单元14，3个功率单元的输入端与3个移相变压器的次级绕组相连接，电机8的额定电压分别为1140V。逆变器N1每相有1组绕组分别给1个功率单元供电，每组绕组提供三相690V供电电压，移向变压器2每相次级绕组移向角度依次为-24°、-12°、0°、+12°、+24°，即图3中与功率单元A1、A2、A3、A4、A5相连接的移相变压器2的次级绕组（标号分别为1、4、7、10、13）的移相角度分别为-24°、-12°、0°、+12°、+24°，与功率单元B1、B2、B3、B4、B5相连接的次级绕组9的移相角度也分别为-24°、-12°、0°、+12°、+24°，与功率单元C1、C2、C3、C4、C5相连接的次级绕组9的移相角度也分别为-24°、-12°、0°、+12°、+24°,这种移相接法可以有效地消除 29 次以下的谐波。
如图4和图6所示，分别给出了本发明中由二象限功率单元和四象限功率单元所形成的逆变器的一相电路图，图5和图6分别给出了本发明中二象限功率单元和四象限功率单元的电路图，所示功率单元由整流电路16和逆变电路17构成，整流电路16的输入端接于移相变压器2的次级绕组9上，整流电路16的输出端形成直流母线，逆变电路17的输入端接于直流母线上，属于同一相的功率单元14中的逆变电路17以串联的方式级联；三相功率单元的逆变电路17的输出以三角形或星形的接线方式接于电机8的电源输入端。
可见，本发明的降压式多机组合变频器系统，通过多台逆变器使用一台移相变压器，通过移相变压器次级绕组移相角度抵消逆变器整流产生谐波，从而实现降低井下电网谐波含量，减少对供电系统干扰同时将多台变频器和变压器集成设计，减少井下占地面积，逆变器中功率单元使其模块化设计便于现场维护操作，更适于应用煤矿井下诸如矿山皮带机，刮板机等多机拖动的防爆场合。

Claims (5)

1.一种降压式多机组合变频器系统，包括交流电网（6）、上电回路部分（1）、移相变压器（2）、逆变器部分（3）、现场电机部分（5）以及控制系统（4），移相变压器为降压变压器，移相变压器的初级绕组经上电回路部分接于交流电网上，移相变压器的次级绕组（9）经逆变器部分与现场电机部分相连接，控制系统经逆变器部分实现对现场电机部分的变频控制；逆变器部分由多个逆变器（7）组成，现场电机部分由多个电机（8）组成，逆变器由多个功率单元（14）组成；其特征在于：移相变压器（2）的次级绕组（9）的数量Q=3k，k为正整数，k≥2；逆变器部分中逆变器的数量N与现场电机部分中电机的数量M相等，且M≥2，N≥2；每个逆变器中功率单元的数量P=3j，j为正整数，j≥1；移相变压器的Q个次级绕组均分为N组，被均分后的一组次级绕组对一个逆变器中的P个功率单元供电，Q=N*P；
移相变压器对同相功率单元供电的Q/3个次级绕组中相邻两次级绕组的移相角度差为180°/Q。
2.根据权利要求1所述的降压式多机组合变频器系统，其特征在于：所述上电回路部分（1）由主接触器KM1（10）、控制变压器TM1（11）、缓冲电阻R1（12）和缓冲接触器KM2（13）组成，移相变压器（2）具有高压初级绕组和低压初级绕组两个输入端，移相变压器的高压初级绕组经主接触器KM1的常开点接于交流电网上，控制变压器TM1为降压变压器，控制变压器TM1的初级绕组接于交流电网上，控制变压器TM1的次级绕组依次经缓冲电阻R1和缓冲接触器KM2的常开点接于移相变压器的低压初级绕组上。
3.根据权利要求1或2所述的降压式多机组合变频器系统，其特征在于：所述功率单元（14）为二象限功率单元或四象限功率单元，功率单元由整流电路（16）和逆变电路（17）构成，整流电路的输入端接于移相变压器（2）的次级绕组（9）上，整流电路的输出端形成直流母线，逆变电路的输入端接于直流母线上，属于同一相的功率单元中的逆变电路以串联的方式级联；三相功率单元的逆变电路的输出以三角形或星形的接线方式接于电机（8）的电源输入端。
4.根据权利要求1或2所述的降压式多机组合变频器系统，其特征在于：所述移相变压器（2）的次级绕组（9）的数量为18个，逆变器部分（3）中逆变器（7）的数量和现场电机部分（5）中电机（8）的数量均为2个；每个逆变器中含有9个功率单元（14），9个功率单元中每3个功率单元相串联形成一相输出，9个功率单元的输入端与9个移相变压器的次级绕组相连接；与逆变器中不同相功率单元相连接的移相变压器的次级绕组移相角度分别为-25°、-15°、-5°、+5°、+15°、+25°，以实现对35次以下谐波的消除。
5.根据权利要求1或2所述的降压式多机组合变频器系统，其特征在于：所述移相变压器（2）的次级绕组（9）的数量为15个，逆变器部分（3）中逆变器（7）的数量和现场电机部分（5）中电机（8）的数量均为5个；每个逆变器中含有3个功率单元（14），3个功率单元的输入端与3个移相变压器的次级绕组相连接；与逆变器中不同相功率单元相连接的移相变压器的次级绕组移相角度分别为-24°、-12°、0°、+12°、+24°，以实现对29次以下谐波的消除。
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