一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机制造技术

本发明专利技术公开了一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机，所述永磁同步电动机上方设有通过法兰连接的变频器，所述变频器整体内设有多个腔体，所述腔体包括动力电源接线腔，输入电抗器接线腔，所述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，所述永磁同步电动机为具有多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，所述散热器水冷板采用新型绝缘导热材料。本发明专利技术的有益效果是，结构简单，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机
本专利技术涉及电力拖动领域，特别是一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机。
技术介绍
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6kV或10kV高电压等级的变频拖动应用。现有的变频器逆变部分一般采用传统两电平或结构稍复杂的三电平拓扑结构，虽然两电平和三电平主回路拓扑结构简单，但对逆变单元采用的功率元器件耐压要求较高，目前全球范围内IGBT最高耐压为6500V，且相比于低压IGBT功率模块，高耐压等级的IGBT价格昂贵、市场供应量不足，主要依赖于进口且实际应用过程中需要备案，诸多不便限制了该功率模块的实际应用，因此采用传统两电平或三电平结构无法应用于6kV或10kV变频器。若采用多电平输出拓扑，不仅主回路结构复杂硬件不易实现，而且软件编程难度大，控制性能降低，对普通三相输入电机自身性能要求高。基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机主回路中逆变电路采用多个低压IGBT逆变模块串联分压形成多组两电平（或三电平）逆变单元串联的拓扑结构，同时具有多相输出，可以连接具有多相输入的永磁同步电机，此方法可以有效减小电机端绕组上的du/dt，使得变频器对电机的性能要求降低，彻底解决了高压变频器驱动高压电机的难题。高压变频调速一体机的驱动电机一般为异步感应电机，驱动部分除了电机还包含减速器、液力耦合器等机械结构，传动系统结构复杂，耗电量大，占用较大的空间，永磁同步电机具有结构简单、体积小、低速大转矩、效率高等优点。基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机将变频器与永磁同步电机结合在一起，除了能充分发挥永磁同步电机固有的优良特性外，由于省去了变频器和电机之间连接的长电缆，还能避免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，同时，解决了输出电缆对周围设备产生干扰的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机。实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机，所述永磁同步电动机上方设有通过法兰连接的变频器，所述变频器整体内设有多个腔体，所述腔体包括动力电源接线腔、输入电抗器接线腔，所述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，所述永磁同步电动机为具有多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，所述散热器水冷板采用新型绝缘导热材料。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电源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。所述变频器内的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，所述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。所述电容储能部分由多组电容组串联组成，每组电容组又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为多组两电平或三电平逆变单元串联的拓扑结构，每组逆变单元通过采用多个低压IGBT逆变模块串联分压形成每相桥臂，各组逆变单元均具有三相独立输出，变频器的每路输出对应连接于具有多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，采用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。所述多相输入永磁同步电动机结构上包含多路独立线圈绕组，相邻独立线圈绕组之间相互电气隔离，多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。所述多相输入永磁同步电动机由多个单元电机构成，每个单元电机均包含三相输入，且中性点独立连接，单元电机的数量与变频器逆变电路逆变单元的组数对应，在与变频器多相输出端连接时，每个单元电机内的相应支路输入端与对应逆变单元组内的该相输出端对应连接。所述所述多相输入永磁同步电动机每相绕组设计阻抗一致。利用本专利技术的技术方案制作的基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，驱动部分除了电机还包含减速器、液力耦合器等机械结构，传动系统结构复杂，耗电量大，占用较大的空间，永磁同步电机具有结构简单、体积小、低速大转矩、效率高等优点。基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机将变频器与永磁同步电机结合在一起，除了能充分发挥永磁同步电机固有的优良特性外，由于省去了变频器和电机之间连接的长电缆，还能避免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，同时，解决了输出电缆对周围设备产生干扰的问题。附图说明图1是基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机外观图；图2是基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机结构图；图3是基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机变频器部分结构图；图4是基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机变频器部分剖面图；图5是变频器主回路拓扑结构示意图；图中，1、永磁同步电动机；2、变频器；3、动力电源接线腔；4、腔体；5、主控单元；6、整流器件；7、电容储能模块；8、逆变功率单元；9、散热器水冷板；10、霍尔元件。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行具体描述，如图1-5所示，一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机1，所述永磁同步电动机1上方设有通过法兰连接的变频器2，所述变频器2整体内设有多个腔体4，所述腔体4包括动力电源接线腔3，输入电抗器接线腔，所述腔体4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5、整流器件6、电容储能模块7和逆变功率单元8，所述永磁同步电动机1为具有多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进行散热，所述散热器水冷板9采用新型绝缘导热材料；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电源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内的水冷板9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，所述散热器水冷板9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，所述散热器水冷板9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；所述电容储能部分由多组电容组串联组成，每组电容组又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逆变电路为多组两电平或三电平逆变单元串联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机（1），其特征在于，所述永磁同步电动机（1）上方设有通过法兰连接的变频器（2），所述变频器（2）整体内设有多个腔体（4），所述腔体（4）包括动力电源接线腔（3），输入电抗器接线腔，所述腔体（4）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（5）、整流器件（6）、电容储能模块（7）和逆变功率单元（8），所述永磁同步电动机（1）为具有多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进行散热，所述散热器水冷板（9）采用新型绝缘导热材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，包括永磁同步电动机（1），其特征在于，所述永磁同步电动机（1）上方设有通过法兰连接的变频器（2），所述变频器（2）整体内设有多个腔体（4），所述腔体（4）包括动力电源接线腔（3），输入电抗器接线腔，所述腔体（4）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（5）、整流器件（6）、电容储能模块（7）和逆变功率单元（8），所述永磁同步电动机（1）为具有多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进行散热，所述散热器水冷板（9）采用新型绝缘导热材料。2.根据权利要求1所述的一种基于低压模块串联的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电源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所述的一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述变频器（2）内的水冷板（9）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，所述散热器水冷板（9）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，所述散热器水冷板（9）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。4.根据权利要求1所述的一种基于低压模块串联的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。5.根据权利要求1所述的一种基于低压模块串联的高压永磁变频电机一体机，其特征在于，所述电容储能部分由多组...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙乃辉，张鹏，
申请(专利权)人：孙乃辉，
类型：发明
国别省市：辽宁,21