一种矿井提升机低频直驱中高压变频器制造技术

本实用新型专利技术属于高压变频器控制技术，提出一种矿井提升机低频直驱中高压变频器。提出的一种矿井提升机低频直驱中高压变频器具有整流变压器；整流变压器具有一套原边绕组和3*j套副边绕组；每套副边绕组串接有一台四象限低频功率单元；四象限低频功率单元的数量与副边绕组相对应，至少为3*1个，并形成A、B、C三相；四象限低频功率单元具有安装在同一散热器元件面的二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT‑H型逆变桥；二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT‑H型逆变桥分别通过所对应的IGBT驱动器与功率单元控制器相连通。本实用新型专利技术减少了减速器及其附属设施，从而减少了设备总体体积和成本包括运维成本。

【技术实现步骤摘要】
一种矿井提升机低频直驱中高压变频器
本技术属于高压变频器控制技术，提出一种矿井提升机低频直驱中高压变频器。
技术介绍
矿井提升机通常由高速异步电动机或高速直流电动机驱动，为了匹配矿井提升机的额定提升速度，通常配置有减速器；或者，在不增设减速器的条件下，由低速交流电动机或低速直流电动机进行直接驱动。现在主要存在以下缺点：1）减速器的存在，包括给减速器提供润滑设备，增加了设备整体体积和重量，从而增加包括设备及其基建在内的投资费用，塔式多绳摩擦式提升机安装在井塔上，基建投资增加部分将更加突出；2）减速器的存在，由于多了一级传动，降低了传动效率，能耗相对提高；3）随着矿井提升机装机容量的增大，由于制造工艺等限制，大功率的减速器制造困难或者合格率无法保证；4）原国土资源部的国土资发[2014]176号文件将“矿井提升直流电机”列为限制类技术。限制原因：矿井提升电机直流调速系统结构复杂，维修费用高，电机结构较交流电机复杂，能耗高；使用范围：仅允许在小型矿山使用，并逐步淘汰；5）当前低速直驱矿井提升机主要由中低压同步机驱动，采用交-交变频技术和三电平中低压变频技术，最高电压等级为3.3kV，与我国工业现场供电电压等级通常为6kV或10kV的国情不符，造成许多困扰；交-交变频因其功率因数太低、谐波分量太大，需要外置动态谐波补偿装置，交-交变频技术基本上被市场淘汰。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术的目的是提出一种矿井提升机低频直驱中高压变频器。本技术采取以下技术方案完成其技术目的：一种矿井提升机低频直驱中高压变频器，低频直驱中高压变频器具有用以为其提供电压的整流变压器；所述的整流变压器具有一套原边绕组和3*j套副边绕组，j=1、2.....；3*j套副边绕组为同相绕组；每套副边绕组串接有一台四象限低频功率单元；所述的四象限低频功率单元的数量与副边绕组相对应，至少为3*1个，并形成A、B、C三相；所述四象限低频功率单元具有安装在同一散热器元件面的二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT-H型逆变桥；所述的二电平IGBT三相整流桥连接在整流变压器副边绕组的三相输出端；所述二电平IGBT三相整流桥与所对应的整流变压器副边绕组的三相输出端之间设置有对四象限低频功率单元所产生的谐波分量进行有效滤波的RCL滤波单元；所述的二电平IGBT三相整流桥与二电平IGBT-H型逆变桥之间并接有储能电容和均压电阻，对四象限低频功率单元进行储能和平波；所述的二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT-H型逆变桥分别通过所对应的IGBT驱动器与功率单元控制器相连通；所述的二电平每相上下桥臂的两个IGBT之间形成互锁，不得同时导通；所述功率单元控制器与高压变频器主控系统相连通；所述的四象限低频功率单元的输出端为两个：U输出端、V输出端；A相第一个四象限低频功率单元的U输出端与B相第一个低频功率单元的U输出端以及C相第一个低频功率单元的U输出端连接为一起形成所述中高压变频器的中性点Q；A相中第一个低频功率单元的V输出端与A相其它低频功率单元的U输出端通过母排依序串接；A相最后一个低频功率单元的V输出端构成A相输出；B相中第一个低频功率单元的V输出端与B相其它低频功率单元的U输出端通过母排依序串接；B相最后一个低频功率单元的V输出端构成B相输出；C相中第一个低频功率单元的V输出端与C相其它低频功率单元的U输出端通过母排依序串接；C相最后一个低频功率单元的V输出端构成C相输出。低频直驱中高压变频器为一套，所述低频直驱中高压变频器的A、B、C三相输出与低速同步电动机定子绕组相连接。所述的低频直驱中高压变频器为两套，两套所述低频直驱中高压变频器的A、B、C三相输出均与所对应的低速同步电动机定子绕组相连接，且两套所述的低频直驱中高压变频器均与提升机操控系统相连接，并实现主从控制。对应所述的低速同步电动机设置有用于控制他励低速同步机励磁电流的励磁控制器，所述的励磁控制器连接在低速同步电动机与整流变压器相应三相副边绕组的输出端相连接，或对应所述的励磁控制器设置有用以为其供电的励磁整流变压器。所述低速同步电动机通过高分辨率光电编码器与高压变频器主控系统相连接，高分辨率光电编码器与矿井提升机的主轴同心安装，用于测量低速交流电动机转子的位置和转速。所述的矿井提升机低频直驱中高压变频器，根据每相串联四象限低频功率单元的数量不同，可组成不同电压等级的中压或高压变频器，驱动1.14kV及以上电压等级的低速交流电动机，包括他励低速同步机、永磁低速同步机或低速异步机，所述的低速交流电动机为悬臂式并与提升机卷筒同轴安装，额定转速通常为每分钟数十转及以下，额定频率通常小于17.0Hz，最低运行频率可能为0.1Hz甚至更低，要求与之配套使用的所述中高压变频器应具有较大的调速范围，如170（17.0Hz/0.1Hz），在所述频率范围（0.1~17.0Hz)内，所述的中高压变频器具有两倍及以上过载能力，静动态性能满足矿井提升机的要求。所述的高压变频器主控系统和低频功率单元控制器主要由DSP、CPLD、FPGA和逻辑及接口电路组成；主控系统通过转子磁场定向矢量控制技术将来自提升机操控系统的指令转化成频率和力矩的控制信号，并通过光纤控制低频功率单元，低频功率单元控制器将这些控制信号翻译成多相两组IGBT的触发信号并保证互锁，确保同一相中上下桥臂的两个IGBT不得同时导通；从而输出相应的频率和力矩信号满足矿井提升机平滑调速的需要，同时将低频功率单元的一些信息和状态返回高压变频器主控系统，所述的主控系统将这些信息和状态进行逻辑处理后，作为所述的中高压变频器运行的信息和状态，返回提升机操控系统。提升机操控系统主要由PLC及其接口电路组成，根据所述的中高压变频器信息和状态及其他条件作出逻辑判定，从而更有效地控制矿井提升机的安全运行。高分辨率光电编码器与矿井提升机的主轴同心安装，用于测量低速交流电动机转子的位置和转速，作为所述的高压变频器主控系统中转子磁场定向闭环矢量控制的重要信号之一，转子位置的定位准确性直接决定了中高压变频器输出的力矩效率，转子速度作为速度闭环反馈信号，其精度直接影响中高压变频器的调速范围，精度越高，调速范围越大；所述的编码器为绝对值或增量两种型式，每套所述的矿井提升机低频直驱中高压变频器配套一台编码器，一一对应。所述的励磁控制器的输入端与整流变压器相应的三相副边绕组或者专设的励磁整流变压器输出端相连，用于控制他励低速同步电动的励磁电流，根据实际使用情况，可恒定励磁或可变励磁；作为选项，在驱动永磁低速同步机和低速异步机的情况下，不需要励磁控制器。可由两套所述的矿井提升机低频直驱中高压变频器按主从结构，分别驱动同一矿井提升机的两台低速交流电机，所述的主机和从机分别与提升机操控系统中PLC组成网络通讯系统，所述的PLC可任意定义主机和从机并按实用需要进行变换，包括实现任一单机应急运行，所述的主机具有完整的速度、电流和电压闭环并实时将速度环输出的数据传送给PLC，所述的从机与主机共用一个速度环并实时从PLC获得速度环输出的数据作为从机的力矩电流给定信号。所述的矿井提升机低频直驱中高压变频器可用于驱动其他需要四象限可逆运行的机械设备，如低速交流电机拖动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井提升机低频直驱中高压变频器，其特征在于：低频直驱中高压变频器具有用以为其提供电压的整流变压器；所述的整流变压器具有一套原边绕组和3*j套副边绕组，j=1、2.....；3*j套副边绕组为同相绕组；每套副边绕组串接有一台四象限低频功率单元；所述的四象限低频功率单元的数量与副边绕组相对应，至少为3*1个，并形成A、B、C三相；所述四象限低频功率单元具有安装在同一散热器元件面的二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT‑H型逆变桥；所述的二电平IGBT三相整流桥连接在整流变压器副边绕组的三相输出端；所述二电平IGBT三相整流桥与所对应的整流变压器副边绕组的三相输出端之间设置有对四象限低频功率单元所产生的谐波分量进行有效滤波的RCL滤波单元；所述的二电平IGBT三相整流桥与二电平IGBT‑H型逆变桥之间并接有储能电容和均压电阻；所述的二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT‑H型逆变桥分别通过所对应的IGBT驱动器与功率单元控制器相连通；所述的二电平每相上下桥臂的两个IGBT之间形成互锁，不得同时导通；所述功率单元控制器与高压变频器主控系统相连通；所述的四象限低频功率单元的输出端为两个：U输出端、V输出端；A相第一个四象限低频功率单元的U输出端与B相第一个低频功率单元的U输出端以及C相第一个低频功率单元的U输出端连接为一起形成所述中高压变频器的中性点Q；A相中第一个低频功率单元的V输出端与A相其它低频功率单元的U输出端通过母排依序串接；A相最后一个低频功率单元的V输出端构成A相输出；B相中第一个低频功率单元的V输出端与B相其它低频功率单元的U输出端通过母排依序串接；B相最后一个低频功率单元的V输出端构成B相输出；C相中第一个低频功率单元的V输出端与C相其它低频功率单元的U输出端通过母排依序串接；C相最后一个低频功率单元的V输出端构成C相输出。...

【技术特征摘要】
1.一种矿井提升机低频直驱中高压变频器，其特征在于：低频直驱中高压变频器具有用以为其提供电压的整流变压器；所述的整流变压器具有一套原边绕组和3*j套副边绕组，j=1、2.....；3*j套副边绕组为同相绕组；每套副边绕组串接有一台四象限低频功率单元；所述的四象限低频功率单元的数量与副边绕组相对应，至少为3*1个，并形成A、B、C三相；所述四象限低频功率单元具有安装在同一散热器元件面的二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT-H型逆变桥；所述的二电平IGBT三相整流桥连接在整流变压器副边绕组的三相输出端；所述二电平IGBT三相整流桥与所对应的整流变压器副边绕组的三相输出端之间设置有对四象限低频功率单元所产生的谐波分量进行有效滤波的RCL滤波单元；所述的二电平IGBT三相整流桥与二电平IGBT-H型逆变桥之间并接有储能电容和均压电阻；所述的二电平IGBT三相整流桥和二电平IGBT-H型逆变桥分别通过所对应的IGBT驱动器与功率单元控制器相连通；所述的二电平每相上下桥臂的两个IGBT之间形成互锁，不得同时导通；所述功率单元控制器与高压变频器主控系统相连通；所述的四象限低频功率单元的输出端为两个：U输出端、V输出端；A相第一个四象限低频功率单元的U输出端与B相第一个低频功率单元的U输出端以及C相第一个低频功率单元的U输出端连接为一起形成所述中高压变频器的中性点Q；A相中第一个低频功率单元的V输出端与A相其它低频功率单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑孝平，王金，
申请(专利权)人：洛阳源创电气有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41