CN214315122U - 一种防异常自调节保护的变频器一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种防异常自调节保护的变频器一体机，包括变频器和电机，变频器将输入电路经过变频后驱动电机，所述变频器包括主控单元CPU，以及与主控单元CPU分别相连接的人机界面HMI、冷却单元、温湿度传感器、驱动单元和保护单元，依次连接的主控单元、驱动单元、动力单元、电机、保护单元形成闭环控制，所述保护单元设置有防抱死电路。所述防异常自调节保护的变频器一体机通过在保护单元中增加了防抱死保护，实现了由于异常情况导致电机轴端抱死或电机被皮带拖动时，能够有效保护逆变电路，提高安全系数，增加一体机使用寿命，具有良好的运行保障效果。

Description

一种防异常自调节保护的变频器一体机

技术领域

本实用新型涉及一种变频器，尤其是涉及一种防异常自调节保护的变频器一体机。

背景技术

采煤生产环境内，没有采用变频器之前，都是电机(或配减速箱)在工频环境下运行，转速恒定，如果想调速，需要配置减速箱、联轴器(连接电机和负载的装置)，采用变频器后就可以实现线性的调速功能，节能减排，控制方便。目前普遍做法都是定速电机+变频器，这种布局，电机和变频器都是分开布置的。由于电机和变频器的安装位置往往不在一个工作位置，所以之间需要很长的连接线，线缆长容易受到其余设备的电磁干扰，并且也受其他设备的干扰。设备搬运也不方便。改用一体机后就会很方便的进行调速。上面是一体机的诞生背景。

在泵站的应用场景里，一体机的表现尤其明显。

因为在液压系统中，对于泵的选型基本分为两类，定量泵和变量泵。目前的乳化液泵(给井下所有液压设备提供动力源，如果把液压当做“血液”，乳化液泵就相当于“心脏”)和喷雾泵(主要成分是水，给井下设备提供降温及除尘方式)基本都是额定转速的电机作为动力源，均属于定量泵。

所述电机的后端安装有风冷散热装置，侧面安装有水冷散热装置。所述风冷散热为强制冷风，不管电机转速多少，冷却风机都以额定转速运行。水冷散热采用上进水、下出水的结构，在水路上配有电动球阀，当一体机停止工作时，延时一段时间后停止冷却水供应，以防内部结露，造成对内部电气元件的损坏。里面的温湿度传感器可以帮助芯片进行腔内环境的智能判断。

乳化液泵用于采煤工作面，为液压支架提供乳化液，工作原理靠曲轴的旋转带动柱塞做往复运动，实现吸液和排液。液压支架用于支撑顶板，为采煤机采煤时提供一定的空间，防止顶板垮塌，乳化液由95％的水加5％的油组成，液压支架靠液压缸支撑伸缩。

实用新型内容

本实用新型提供了一种防异常自调节保护的变频器一体机，解决了上述乳化液泵的电机变频控制的问题，其技术方案如下所述：

一种防异常自调节保护的变频器一体机，包括变频器和电机，变频器将输入电路经过变频后驱动电机，所述变频器包括主控单元CPU，以及与主控单元CPU分别相连接的人机界面HMI、冷却单元、温湿度传感器、驱动单元和保护单元，依次连接的主控单元、驱动单元、动力单元、电机、保护单元形成闭环控制，所述保护单元设置有防抱死电路。

所述变频器采用“交-直-交”主电路结构的低压变频器，主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，所述整流电路采用三相整流桥，所述滤波电路采用滤波电容器，所述逆变电路采用三相逆变桥。

所述三相整流桥由二极管D1～D6组成。

所述滤波电容器包括电容器C1和C2，电容器C1和C2两端各并联有一个电阻。

所述三相逆变桥采用六个IGBT管VT1～VT6构成。

所述防抱死电路包括在逆变电路中增加的电阻R4和VT7，所述VT7采用IGBT管，防止三相逆变桥变换出来的直流电对内部器件造成损坏，所述VT7导通时产生的再生能量由电阻R4以热量的形式消耗。

所述整流电路和滤波电路之间设置有限流电路，所述限流电路包括在整流桥和滤波电容器之间接有的一个电阻R3和一对接触器触点S1。

所述保护单元包括主电路的电压检测模块、电流检测模块。

所述保护单元还包括转矩检测模块，所述转矩检测模块采集装在异步电动轴机上的速度检测器的速度信号。

所述驱动单元包括PWM发生器和与其连接的驱动电路，驱动电路将主控单元CPU的控制信号进行放大。

所述防异常自调节保护的变频器一体机通过在保护单元中增加了防抱死保护，实现了由于异常情况导致电机轴端抱死或电机被皮带拖动时，能够有效保护逆变电路，提高安全系数，增加一体机使用寿命，具有良好的运行保障效果。

附图说明

图1是所述防异常自调节保护的变频器一体机的电路框架示意图；

图2是所述防异常自调节保护的变频器一体机的电路结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，所述防异常自调节保护的变频器一体机包括变频器和电机，通过3×AC1140进线直接给变频器供电，变频器经过变频后驱动电机。

所述变频器包括主控单元CPU，以及与主控单元CPU分别相连接的人机界面HMI、冷却单元、温湿度传感器、驱动单元和保护单元，所述驱动单元通过动力单元与电机相连接。主控单元-驱动单元-动力单元-执行机构-保护单元，形成闭环控制。

以下是各功能模块的介绍：

1、主控单元CPU：

是一个控制板子，板子上有AI(模拟量输入，外界的模拟量信号输入)、AO(模拟量输出，将运行的信息已模拟量方式输出给其他设备)、DI(数字量输入，用于检测外界的数字量信号)、DO(数字量输出，输出无源NO信号，控制外界的继电器等附属设备)接口。

2、人机界面HMI：

是一台远离一体机的控制箱，与一体机是通过一根通讯线连接的，通讯线使用CAN信号与一体机进行通讯。一体机可以将运行的信息转矩、电压、电流等数据发送给一体机控制箱，显示在屏幕上，并配有动画及曲线，直观的显示出来当前的运行状态。同时，一体机控制箱可以控制一体机，发送启停命令。

每台一体机都有站号，控制箱可以和若干台一体机进行CAN网络通讯，形成网络控制。一体机通过CAN接受主机的指令，并向主机发送自身状态数据，如运行电流，内部关键元器件的温度、腔内湿度、故障报警等。

此外，一体机控制箱也配有外界通讯端口，外界的第三方设备也可以通过IO的方式进行通讯。

3、冷却单元：因为变频器在工作过程中需要散热，当功率小的时候直接采用风冷，可以降低成本。当功率大的时候，采用水冷的效果好。因为内部IGBT的导通及关闭会产生热量。如果散热不好，会导致IGBT温度升高。

4、温湿度传感器：

在变频器内部安装有温湿度传感器，可以实时监测内部的温度和湿度情况。比如高关键点温度过高，是不是散热系统出现问题？内部湿度过大，是不是变频器内外温差导致，冷凝水的产生？配合传感器可以实现这方面的检测，提高变频器的智能化升级。

5、驱动单元：

将主控单元CPU发来的信号转换成脉冲信号，驱动动力单元IGBT的导通和关断。进而输入要求的频率和电压，连接负载，实现动力输出，做功。输出的电流和电压通过保护单元(电压、电流检测和转矩检测等)将参数信息反馈给主控单元。

如图2所示，本实用新型提供的防异常自调节保护的变频器一体机的电路中，变频器采用“交-直-交”主电路结构的低压变频器，其内部主电路由整流和逆变两大部分组成。

整流电路：KM1(主接触器)串联接入电网，分离出RST三相AC1140V电，作为变频器的输入电。R、S、T端输入的三相交流电，经三相整流桥(由二极管D1～D6构成)整流成直流电，电压为UD。

滤波电路：电容器C1和C2是滤波电容器。滤波电容器C1和C2两端各并联了一个电阻，是为了使两只电容器上的电压基本相等，防止电容器在工作中损坏(目前，由于技术的进步，低压(380V)变频器的电解电容大多数可以不需要串联使用了，但是在1140V中还是要增加的)。

逆变电路：通过6个IGBT管(绝缘栅双极性晶体管)VT1～VT6构成三相逆变桥，把直流电逆变成频率和电压任意可调的三相交流电。

所述整流电路和滤波电路之间设置有限流电路，所述限流电路包括在整流桥和滤波电容器之间接有的一个电阻R3和一对接触器触点S1。

变频器刚接通电源时，滤波电容器上的电压为0V，而电源电压为1140V时的整流电压峰值是1620V，这样在接通电源的瞬间将有很大的充电冲击电流，有可能损坏整流二极管；所以，刚开始上电时接触器断开的。

另外，端电压为0V的滤波电容器会使整流电压瞬间降低至0V，形成对电源网络的干扰。为了解决上述问题，在整流桥和滤波电容器之间接入一个限流电阻R3，可将滤波电容器的充电电流限制在一个允许范围内。但是，如果限流电阻R3始终接在电路内，其电压降将影响变频器的输出电压，也会降低变频器的电能转换效率，因此，滤波电容器充电完毕后，由接触器KM将限流电阻R3短接，使之退出运行。

一般的变频回路中只有逆变侧6个IGBT，实现逆变，本实用新型在逆变电路中增加了电阻R4和VT7(IGBT)，这里增加R4和VT7，可以在电机突然制动或电机被拖的情况下实现防抱死保护。由于异常情况导致电机轴端抱死或电机被皮带拖动(用于输送机的场合)，此时电机电流会增加，主控单元CPU检测到这个信号后，会断开主接触器KM1。当电机被皮带拖运时，虽然主接触器被断开，但是电机此时处于发电状态。逆变侧的6个IGBT，就相当于整流桥作用，变换出来的直流电会对内部电容等器件造成损坏，此时VT7导通，产生的再生能量由电阻R4以热量的形式消耗。

所述主控单元CPU，是频率、电压的运算电路，其连接有I/0输入输出电路，为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入(比如运行、多段速度运行等)信号，还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。主控单元CPU的运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

所述人机界面对应数据显示和参数设定两部分模块。

所述温湿度传感器对应温度检测模块等。

所述保护单元包括主电路的电压检测模块、电流检测模块和泵升检测模块，以及在逆变电路中增加的电阻R4和VT7。所述保护单元用于检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

此外，保护单元还包括转矩检测模块，所述转矩检测模块与主控单元相连接，以装在异步电动轴机上的速度检测器(TG、PLG等)的信号为速度信号，送入主控单元CPU的运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。无速度检测电路为开环控制。在控制电路增加了转矩检测模块，即增加速度指令，可以对电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。

所述驱动单元对应PWM发生器和驱动电路。驱动电路为驱动主电路器件的电路，将运算电路的控制信号进行放大，它与主控单元CPU隔离使主电路器件导通、关断。主控单元CPU的信号，采用光耦进行隔离。光耦就是一个发光二极管驱动光敏三极管，实现光和电的安全隔离。

所述防异常自调节保护的变频器一体机通过在保护单元中增加了防抱死保护，实现了由于异常情况导致电机轴端抱死或电机被皮带拖动时，能够有效保护逆变电路，提高安全系数，增加一体机使用寿命，具有良好的运行保障效果。

Claims (10)

1.一种防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：包括变频器和电机，变频器将输入电路经过变频后驱动电机，所述变频器包括主控单元CPU，以及与主控单元CPU分别相连接的人机界面HMI、冷却单元、温湿度传感器、驱动单元和保护单元，依次连接的主控单元、驱动单元、动力单元、电机、保护单元形成闭环控制，所述保护单元设置有防抱死电路。

2.根据权利要求1所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述变频器采用“交-直-交”主电路结构的低压变频器，主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，所述整流电路采用三相整流桥，所述滤波电路采用滤波电容器，所述逆变电路采用三相逆变桥。

3.根据权利要求2所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述三相整流桥由二极管D1～D6组成。

4.根据权利要求2所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述滤波电容器包括电容器C1和C2，电容器C1和C2两端各并联有一个电阻。

5.根据权利要求2所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述三相逆变桥采用六个IGBT管VT1～VT6构成。

6.根据权利要求1所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述防抱死电路包括在逆变电路中增加的电阻R4和VT7，所述VT7采用IGBT管，防止三相逆变桥变换出来的直流电对内部器件造成损坏，所述VT7导通时产生的再生能量由电阻R4以热量的形式消耗。

7.根据权利要求2所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述整流电路和滤波电路之间设置有限流电路，所述限流电路包括在整流桥和滤波电容器之间接有的一个电阻R3和一对接触器触点S1。

8.根据权利要求1所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述保护单元包括主电路的电压检测模块、电流检测模块。

9.根据权利要求1所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述保护单元还包括转矩检测模块，所述转矩检测模块采集装在异步电动轴机上的速度检测器的速度信号。

10.根据权利要求1所述的防异常自调节保护的变频器一体机，其特征在于：所述驱动单元包括PWM发生器和与其连接的驱动电路，驱动电路将主控单元CPU的控制信号进行放大。

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