一种矿用10KV防爆变频器及其控制电动机的方法技术

本发明专利技术涉及一种矿用10KV防爆变频器及其控制电动机的方法，该变频器包括：输入变压器模块与功率单元模块连接；主动控制模块控制功率单元模块；功率单元模块包括：3个相互并联的功率逆变器,功率逆变器并联后共同的输出端与电动机连接；所述的每个功率逆变器包括:5个相互串联的单相变频器单元。该方法包括：数字信号处理器接收开机指令；主动控制模块开启循环检测运行模式对功率单元模块进行矢量控制调节；主动控制模块控制功率单元模块输出相应的PWM波形，从而控制电动机。通过本发明专利技术使得变频器的结构简单，适用于10KV的高压输入，变频器的输出电压波形非常接近正弦波，所以不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动的问题，变频器的控制可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用10KV防爆变频器及其控制电动机的方法
本专利技术涉及矿用变频器
，尤其涉及一种矿用10KV防爆变频器及其控制电动机的方法。
技术介绍
随着现代电力电子技术的飞速发展，变频器已经越来越广泛的应用在很多领域，例如各种纺织、机械、照明、计算机控制等，同时也应用在煤矿井下各个电气设备中。矿用变频器以电网能量为驱动能源，用于驱动专用电动机，矿用变频器在通、排、压、提等矿井上的四大工况和煤矿井下釆、掘、运等设备机械系统中得到了广泛的应用，而由于现在的煤矿井下恶劣的工作环境，势必对变频器有更高的要求，目前的变频器桥臂直接串联结构是较为成熟的两电平结构,但由于受功率器件耐压的限制,逆变器桥臂需多个功率器件直接串联,由于各器件的动态电阻、极电容各不相同,存在稳态和动态的均压问题，而变频器采用三电平结构则谐波畸形仍较大,需输出滤波器，不易实现冗余设计，对功率器件耐压要求较高,输出电压等级受一定限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：目前的变频器中动态电阻、极电容各不相同,存在稳态和动态的均压问题，另外采用三电平结构则谐波畸形仍较大,需输出滤波器，不易实现冗余设计，对功率器件耐压要求较高,输出电压等级受一定限制。为解决上面的技术问题，本专利技术提供了一种矿用10KV防爆变频器，包括：变频器，该变频器包括：输入变压器模块、功率单元模块、主动控制模块；所述的输入变压器模块与功率单元模块连接；主动控制模块控制功率单元模块；所述的功率单元模块包括：3个相互并联的功率逆变器,所述的功率逆变器并联后共同的输出端与电动机连接；所述的每个功率逆变器包括：5个相互串联的单相变频器单元。上述进一步的有益效果：由于每个功率逆变器构造相同，便于模块化设计和制造，系统可靠性高，另外还由于这种电路可以使变频器的输出电压波形非常接近正弦波，所以不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动的问题，可以使用普通的高压异步电动机，且电动机在正常的调速范围内对电网谐波污染小，此外功率单元有足够的滤波电容,能承受电压较大波动，功率单元模块化,容易实现冗余设计,保证个别功率单元故障时不影响整机工作。进一步地，所述的单相变频器单元包括：输入相序模块、滤波电容模块、绝缘栅双极型晶体管模块、隔离驱动模块；所述的输入相序模块、滤波电容模块、绝缘栅双极型晶体管模块依次连接；绝缘栅双极型晶体管模块还与旁路开关连接；隔离驱动模块控制绝缘栅双极型晶体管模块的开与断。上述进一步的有益效果：当单相变频器单元出现故障时，通过旁路开关把坏的模块旁路掉，不会影响整个变频器的工作，其余的单相变频器单元可不间断供电，以减少生产损失。进一步地，所述的绝缘栅双极型晶体管模块包括：4个晶体管单元，所述的4个晶体管单元呈H桥型连接。进一步地，所述的每个晶体管单元包括：绝缘栅双极型晶体管、体二极管、软开关电容；所述的绝缘栅双极型晶体管、体二极管、电容三者相互并联，并联后共同的输出端接旁路开关，并联后共同的输入端分别接相序模块输入端和滤波电容模块输入端。上述进一步的有益效果：利用软开关电容技术将交流电动机启动和加速过程中的冲击电流进行减小，使得电动机传动系统在低速时无级平稳调速，减少电流冲击，减小对电网的危害。进一步地，所述的旁路开关一端连接在构成H桥型一旁的两个晶体管单元之间，旁路开关的另一端连接在构成H桥型另一旁的两个晶体管单元之间。进一步地，所述的滤波电容模块包括：共模信号滤波电容与差模信号滤波电容，所述的共模信号滤波电容与差模信号滤波电容相互并联，并联后共同的输出端一端接绝缘栅双极型晶体管模块。进一步地，所述的输入相序模块包括：多个三相不控二极管，所述的三相不控二极管相互并联，并联后共同的输入端分别接滤波电容模块的输入端和绝缘栅双极型晶体管模块的输入端。本专利技术的有益效果：5串3并的结构适合10kv电压下的高压变频器设计，对电动机的速度调节灵活方便，精度髙，平稳性好，减少对机械的冲击，能够实现高精度的转矩控制，同时还降低了装置的成本，减少了设备的维护，延长了设备的使用寿命。本专利技术还涉及一种矿用10KV防爆变频器控制电动机的方法，该方法包括如下步骤：S1，判断当前是否满足开机条件；S2，当满足开机的条件时，数字信号处理器输出准备信号，并同时接收当地或者远方传递的开机指令；S3，根据接收到的开机指令，主动控制模块开启循环检测运行模式对功率单元模块进行矢量控制调节；S4，主动控制模块控制功率单元模块输出相应的PWM波形，从而控制电动机。进一步地，所述S2中还包括：当数字信号处理器接收到停机指令或者运行过程中出现需要停机的情况的信号后，主动控制模块控制电动机进行停机循环。上述进一步的有益效果：控制方式相对简单,因每一级结构的相同性,便于对每一级进行PWM控制,然后进行波形重组，输入谐波小,输入功率因数高，输出波形良好,谐波分量小,dy/dt小,电机转矩脉动小,噪音低。进一步地，所述S2中，当数字信号处理器接收到停机指令或者运行过程中出现需要停机的情况后，主动控制模块开启循环检测运行模式对功率单元模块先进行矢量控制降压，再进行恒频降压。本专利技术的有益效果：由于这种电路可以使变频器的输出电压波形非常接近正弦波，所以不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动的问题，可以使用普通的高压异步电动机，而且在正常的调速范围内对电网谐波污染小。附图说明图1为本专利技术的一种矿用10KV防爆变频器的示意图；图2为本专利技术的一种矿用10KV防爆变频器控制电动机的方法流程图；图3为本专利技术的单相变频器单元的结构示意图；图4为本专利技术的主动控制模块的结构示意图；图5为本专利技术的主动控制模块的程序控制流程图；图6为本专利技术的每相功率逆变器的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1如图1所示，本专利技术的一种矿用10KV防爆变频器，该变频器包括：输入变压器模块、功率单元模块、主动控制模块；所述的输入变压器模块与功率单元模块连接；主动控制模块控制功率单元模块；所述的功率单元模块包括：3个相互并联的功率逆变器,所述的功率逆变器并联后共同的输出端与电动机连接；所述的每个功率逆变器包括：5个相互串联的单相变频器单元。采用这样的方法因为每个功率逆变器构造相同，便于模块化设计和制造，系统可靠性高，另外还由于这种电路可以使变频器的输出电压波形非常接近正弦波，所以不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动的问题，可以使用普通的高压异步电动机，且电动机在正常的调速范围内对电网谐波污染小，此外功率单元有足够的滤波电容,能承受电压较大波动，功率单元模块化,容易实现冗余设计,保证个别功率单元故障时不影响整机工作。优选地，单相变频器单元包括：输入相序模块、滤波电容模块、绝缘栅双极型晶体管模块、隔离驱动模块；所述的输入相序模块、滤波电容模块、绝缘栅双极型晶体管模块依次连接；绝缘栅双极型晶体管模块还与旁路开关连接；隔离驱动模块控制绝缘栅双极型晶体管模块的开与断。另外，如图6所示，每相功率逆变器是由五个串联起来的单相变频器单元，每一组就是由单相变频器单元串联而成的共同输出端，按星形连接成三相输出，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。电网输入的10KV电压经过输入隔离变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用10KV防爆变频器，其特征在于,该变频器包括：输入变压器模块、功率单元模块、主动控制模块；所述的输入变压器模块与功率单元模块连接；主动控制模块控制功率单元模块；所述的功率单元模块包括：3个相互并联的功率逆变器,所述的功率逆变器并联后共同的输出端与电动机连接；所述的每个功率逆变器包括:5个相互串联的单相变频器单元。

【技术特征摘要】
1.一种矿用10KV防爆变频器，其特征在于,该变频器包括：输入变压器模块、功率单元模块、主动控制模块；所述的输入变压器模块与功率单元模块连接；主动控制模块控制功率单元模块；所述的功率单元模块包括：3个相互并联的功率逆变器,所述的功率逆变器并联后共同的输出端与电动机连接；所述的每个功率逆变器包括:5个相互串联的单相变频器单元。2.根据权利要求1所述的一种矿用10KV防爆变频器，其特征在于，所述的单相变频器单元包括：输入相序模块、滤波电容模块、绝缘栅双极型晶体管模块、隔离驱动模块；所述的输入相序模块、滤波电容模块、绝缘栅双极型晶体管模块依次连接；绝缘栅双极型晶体管模块还与旁路开关连接；隔离驱动模块控制绝缘栅双极型晶体管模块的开与断。3.根据权利要求2所述的一种矿用10KV防爆变频器，其特征在于，所述的绝缘栅双极型晶体管模块包括：4个晶体管单元，所述的4个晶体管单元呈H桥型连接。4.根据权利要求3所述的一种矿用10KV防爆变频器，其特征在于，所述的每个晶体管单元包括：绝缘栅双极型晶体管、体二极管、软开关电容；所述的绝缘栅双极型晶体管、体二极管、电容三者相互并联，并联后共同的输出端接旁路开关，并联后共同的输入端分别接相序模块输入端和滤波电容模块输入端。5.根据权利要求2、3或4所述的一种矿用10KV防爆变频器，其特征在于，所述的旁路开关一端连接在构成H桥型一旁的两个晶体管单元之间，旁路开关的另一端连接在构成H桥型另一旁的两个晶体管单元之间。6.根据权利要求2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲绍宁，高强，陈旸，陈晓彦，
申请(专利权)人：青岛天信电气有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37