牵引设备及其变频器主回路结构制造技术

本发明专利技术公开了一种牵引设备及其变频器主回路结构，包括整流回馈单元、母线电容、逆变单元、电感单元、控制单元；电感单元的第一端分别与交流输入电源及控制单元连接，第二端分别与整流回馈单元和控制单元连接；整流回馈单元的一端分别与电感单元与控制单元连接，另一端分别与逆变单元与母线电容连接；逆变单元的一端分别与整流回馈单元与母线电容连接，另一端与电机连接；控制单元用于当电机处于电动状态时，保持整流回馈单元处于自然整流状态；并用于当电机处于回馈状态时，调制整流回馈单元使整流回馈单元处于PWM整流状态。本发明专利技术通过整流侧换相控制结构降低了电抗器率；减少体积及功率损耗，降低原件损耗；提高功率密度以及可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
牵引设备及其变频器主回路结构


[0001]本专利技术属于变频器控制
，尤其涉及一种牵引设备及其变频器主回路结构。

技术介绍

[0002]如图1所示，示出了常用的牵引用四象限变频器主回路拓扑结构。主供电电缆输入的3.3kV交流电源经由变压器T1降至输出目标电压UR、US、UT。变压器副边侧，L2是输入电抗器，L1是回馈电抗器，CT1、CT2、CT3是电流霍尔，C1、C2、C3是交流滤波电容。以整流回馈单元R相为例，整流主板对IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)VT1和VT2进行PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制，调制出R相电压Ur，这样电抗器L2和L1两端就形成了电压差，该电压差的输入端电压是UR，输出电压是Ur，UR的相位和幅值由供电电压和变压器T1决定，Ur的相位和幅值由整流主板的PWM调制控制。通过输入电压检测板，可以对输入电压进行锁相环，检测UR、US、UT的相位和幅值，整流主板控制VT1～VT6的调制，从而控制Ur、Us、Ut相位和幅值。
[0003]移变三相输出相电压Uu、Uv、Uw，显然，这三个相电压是来自于电网，通过移变T传输给变频器输入电抗器L1，为正弦波电压。VT1、VT2侧的三相电压Ur、Vs、Wt是通过VT1、VT2等IGBT管调制出来的PWM电压，这三相电压加在回馈电抗器L2的R、S、T侧，通过电抗器L1和L2的串联就将电源电压和调制电压隔离开来，电感就是电抗器L1和L2串联后的U相总电感，该电感将电源相电压Uu和调制电压Ur隔离开来，在电感两端就有两个电压，只要控制Ur的大小和相位，就可以控制电流流向。具体地，当Uu＞Ur，电流流向Ur；当Uu＝Ur，电流等于零；当Uu＜Ur，电流流向Uu。显然电感L需要完全隔离两端电压，他们不能相互影响。
[0004]以R相为例说明：当UR>Ur，电流Ir流向整流回馈单元，向直流电容C4充电，母线电压升高。当UR<Ur时，电流Ir流向整流回馈单元，向电网充电。所以控制Ur的幅值就可以实现能量的双向流通。控制Ur的相位，可以控制Ir中的无功分量。输入电流检测板，可以检测电流的幅值和相位，实现电流的闭环控制。上述就是全时PWM整流的基本原理，该方案大量应用于通用型和防爆型变频器上，优点是控制方案成熟，算法简单可靠，母线电压Udc全时可控。缺点如下：
[0005]1、理论上L1的最小电抗率为额定电压6％，体积较大且因铁损和铜损引起的高功率损耗，限制了整个调速系统的高功率密度技术进步。
[0006]2、全时PWM整流需要配备网侧LCL滤波器，滤波器用交流滤波电容C1、C2、C3的体积较大。
[0007]3、为了减少交流滤波电容的体积和发热量及减少其容量，必须控制流入电流，最直接的方式是减少谐波电流，这就需要通过提高VT1～VT6的载波频率来降低Ur的高频谐波电压，一般情况下，整流回馈单元的载波频率在3k～5kHz之间，载波频率高，VT1～VT6的开关损耗就会指数增加，对整机散热带来困难。
[0008]4、为了使UR和Ur不相互干扰，靠L1和L2电感量来隔离两个电压，其总电抗量一般
要求在10％以上，所以L2的电抗率一般在2％～4％之间，其体积和发热量占比也较大。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种牵引设备及其变频器主回路结构。
[0010]本专利技术通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0011]本专利技术提供了一种变频器主回路结构，包括整流回馈单元、母线电容、逆变单元、电感单元、控制单元；所述整流回馈单元和所述逆变单元分别包括若干IGBT管；
[0012]所述电感单元的第一端分别与交流输入电源及所述控制单元连接，第二端分别与所述整流回馈单元和所述控制单元连接；
[0013]所述整流回馈单元的一端分别与所述电感单元与所述控制单元连接，另一端分别与所述逆变单元与所述母线电容连接；
[0014]所述逆变单元的一端分别与所述整流回馈单元与所述母线电容连接，另一端与电机连接；
[0015]所述控制单元用于当所述电机处于电动状态时，保持所述整流回馈单元处于自然整流状态；并用于当所述电机处于回馈状态时，调制所述整流回馈单元，以使所述整流回馈单元处于PWM整流状态。
[0016]较佳地，所述控制单元具体用于当所述电机处于回馈状态时判断所述母线电容对应的母线电压，当所述母线电压大于预设上限参考电压值时，调制所述整流回馈单元，以使所述整流回馈单元处于PWM整流状态；
[0017]所述控制单元还用于当所述电机处于回馈状态且所述母线电压小于预设下限参考电压值并大于所述交流输入电源对应的输入电压峰值时，停止PWM调制整流，以使所述整流回馈单元切换至自然整流状态。
[0018]较佳地，所述控制单元包括输入电压检测板、整流主板和输入电流检测板；
[0019]所述整流主板分别和所述输入电压检测板以及所述输入电流检测板连接；所述输入电压检测板的第一端与所述整流主板连接，第二端和所述电感单元、所述交流输入电源连接；所述输入电流检测板的第一端和所述整流主板连接，第二端分别和所述整流回馈单元、所述电感单元连接；
[0020]所述整流主板用于当所述电机处于回馈状态时从所述输入电压检测板获取所述交流输入电源对应的输入电压，并根据所述输入电压、所述母线电压和所述预设上限参考电压值调制所述整流回馈单元，以使所述整流回馈单元处于PWM整流状态；
[0021]所述整流主板还用于从所述输入电流检测板获取所述整流回馈单元对应的输入电流，以确认所述整流回馈单元处于自然整流状态或PWM调制整流状态。
[0022]较佳地，所述电感单元的电抗率不大于2％，且载波频率不小于2千赫兹。
[0023]较佳地，当所述电机处于电动状态时所述逆变单元从所述母线电容取电驱动所述电机，并使所述母线电压降低，所述整流回馈单元中的IGBT管仅有续流二极管工作，所述整流回馈单元处于自然整流状态。
[0024]较佳地，当所述电机处于回馈状态时，所述电机通过所述逆变单元向所述母线电容充电，并使所述母线电压升高，当所述输入电压峰值小于所述母线电压时，所述整流回馈
单元中的IGBT管不工作；当所述母线电压升至大于所述预设上限参考电压值时，调制所述整流回馈单元以使所述整流回馈单元处于PWM整流状态。
[0025]较佳地，所述PWM整流状态和所述自然整流状态的换相过程中，所述输入电流为零。
[0026]本专利技术还提供了一种牵引设备，所述牵引设备包括上述的变频器主回路结构。
[0027]较佳地，所述牵引设备为采煤机。
[0028]本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术提供了一种牵引设备及其变频器主回路结构，通过基于PWM整流和自然整流的整流侧换相控制，克服了现有的全时PWM整流控制中输入端电抗器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变频器主回路结构，其特征在于，包括整流回馈单元、母线电容、逆变单元、电感单元、控制单元；所述整流回馈单元和所述逆变单元分别包括若干IGBT管；所述电感单元的第一端分别与交流输入电源及所述控制单元连接，第二端分别与所述整流回馈单元和所述控制单元连接；所述整流回馈单元的一端分别与所述电感单元与所述控制单元连接，另一端分别与所述逆变单元与所述母线电容连接；所述逆变单元的一端分别与所述整流回馈单元与所述母线电容连接，另一端与电机连接；所述控制单元用于当所述电机处于电动状态时，保持所述整流回馈单元处于自然整流状态；并用于当所述电机处于回馈状态时，调制所述整流回馈单元，以使所述整流回馈单元处于PWM整流状态。2.如权利要求1所述的变频器主回路结构，其特征在于，所述控制单元具体用于当所述电机处于回馈状态时判断所述母线电容对应的母线电压，当所述母线电压大于预设上限参考电压值时，调制所述整流回馈单元，以使所述整流回馈单元处于PWM整流状态；所述控制单元还用于当所述电机处于回馈状态且所述母线电压小于预设下限参考电压值并大于所述交流输入电源对应的输入电压峰值时，停止PWM调制整流，以使所述整流回馈单元切换至自然整流状态。3.如权利要求2所述的变频器主回路结构，其特征在于，所述控制单元包括输入电压检测板、整流主板和输入电流检测板；所述整流主板分别和所述输入电压检测板以及所述输入电流检测板连接；所述输入电压检测板的第一端与所述整流主板连接，第二端和所述电感单元、所述交流输入电源连接；所述输入电流检测板的第一端和所述整流主板连接，第二端分别和所述整流回馈单元、所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄德玉，邱锦波，
申请(专利权)人：天地上海采掘装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：