[发明专利]一种低开关频率的矿井防爆变频装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种防爆变频装置，具体是一种低开关频率的矿井防爆变频装置，属于矿用设备技术领域。

背景技术

变频器使电机控制系统变的高性能、低损耗，但由于煤矿井下环境具有瓦斯含量高、湿度大的特点，通用的变频器在井下不能使用。近年来，国内外开发了各种矿用防爆变频器，但功率都不超过500kW。

目前国内尚不能提供大功率低开关频率的防爆变频器，逆变器大多采用电压空间矢量控制（SVPWM），随着功率等级的升高，逆变器开关器件的开关损耗增加，并且成为逆变器的主要损耗，同时产生大量的热量，由于不能限制电压，所以不适于井下变频器防爆的要求。 

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种低开关频率的矿井防爆变频装置，减少开关损耗，减少热量的产生，能限制电压，达到变频装置的防爆要求。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低开关频率的矿井防爆变频装置，包括三相交流电源、三相变压器、三相电抗器、绝缘栅双极晶体管、异步笼形电机、驱动电路、控制中心、整流器、逆变器、电压检测装置、电流检测装置和温度检测装置，三相交流电源与三相变压器连接，三相变压器通过三相电抗器与整流器连接，整流器与逆变器连接，逆变器与异步笼形电机连接，整流器通过绝缘栅双极晶体管和制动电阻与控制中心连接，第一电容和第二电容与逆变器连接，控制中心通过驱动电路与逆变器连接，逆变器分别与电压检测装置、电流检测装置和温度检测装置连接，电压检测装置、电流检测装置和温度检测装置与控制中心连接。

进一步，控制中心是数字信号处理器。

进一步，整流器有三个桥臂，每个桥臂设有两个串联的二极管，各个桥臂之间并联连接。

进一步，逆变器包括三个桥臂，每个桥臂由四个绝缘栅双极晶体管、四个续流二极管和两个嵌位二极管组成，每个绝缘栅双极晶体管与每个续流二极管并联，并联之后的绝缘栅双极晶体管和续流二极管相互之间串联，两个嵌位二极管与并联之后的绝缘栅双极晶体管和续流二极管连接。

本发明的有益效果是：整流器采用二极管不可控逆变器而无需过多的控制，只需检测整流后的电压值，通过限流二极管的接入与切除来控制泵升电压，逆变器采用二极管嵌位式三电平结构，实现低开关频率下电机的高动态性能控制，减少开关损耗，减少热量的产生，实现变频装置的防爆要求。

附图说明

图1是本发明的电原理框图。

图2是本发明的整流器和逆变器的电路图。

图中：1、三相交流电源，2、三相变压器，3、三相电抗器，4、整流器，5、绝缘栅双极晶体管，6、制动电阻，7、第一电容，8、第二电容，9、逆变器，10、异步笼型电机， 11、驱动电路，12、控制中心，13、电压检测装置，14、电流检测装置，15、温度检测装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括三相交流电源1、三相变压器2、三相电抗器3、绝缘栅双极晶体管5、异步笼形电机10、驱动电路11、控制中心12、整流器4、逆变器9、电压检测装置13、电流检测装置14和温度检测装置15，三相交流电源1与三相变压器2连接，三相变压器2通过三相电抗器3与整流器4连接，整流器4与逆变器9连接，逆变器9与异步笼形电机10连接，整流器4通过绝缘栅双极晶体管5和制动电阻6与控制中心12连接，第一电容7和第二电容8与逆变器9连接，控制中心12通过驱动电路11与逆变器9连接，逆变器9分别与电压检测装置13、电流检测装置14和温度检测装置15连接，电压检测装置13、电流检测装置14和温度检测装置15与控制中心12连接。

控制中心12是数字信号处理器；整流器4有三个桥臂，每个桥臂设有两个串联的二极管，各个桥臂之间并联连接；逆变器9包括三个桥臂，每个桥臂由四个绝缘栅双极晶体管、四个续流二极管和两个嵌位二极管组成，每个绝缘栅双极晶体管与每个续流二极管并联，并联之后的绝缘栅双极晶体管和续流二极管相互之间串联，两个嵌位二极管与并联之后的绝缘栅双极晶体管和续流二极管连接。

工作过程：首先对整流器4进行预充电，获得稳定的直流输出电压。之后，逆变器9进入运行状态；采用特定谐波消除脉宽调制技术（SHEPWM）产生脉宽调制波形来控制逆变器9的工作。因求解特定谐波消除脉宽调制技术的开关角计算量特别大，需在离线的情况下，采用牛顿迭代法计算好在不同开关频率和不同调制度下的开关角，并存于控制中心12中；根据求得的开关角，计算出稳态条件下理想的定子磁链轨迹，借助异步笼形电机10的混合电机模型构建一个自控电机模型，使其输出实际定子磁链轨迹和平滑的参考电压矢量，之后求得实际定子磁链轨迹与理想定子磁链轨迹的偏差，再根据伏-秒平衡原理，对已求好的开关角进行修正，从而避免开关角切换引起的冲击；由于采用了异步笼形电机10，系统不能调速，必须加入转速和磁链外环产生定子磁链偏差，修改开关角，使定子磁链的偏差快速消除，使实际转速快速等于给定值，实现对电机的高动态控制，由于采用不可控二极管整流器4，电机运行于制动状态时，能量不能回馈到电网而累积到直流侧，使直流侧电压升高，为了限制此电压，通过电压检测装置14定时的检测直流侧电压，当电压高于一定值时，将制动电阻6接入电路，释放电能，以此来达到限压的目的，从而减少开关损耗，减少热量的产生，实现变频装置的防爆要求。