[发明专利]一种矿用永磁同步电机变频器

说明书

技术领域

本发明涉及矿用永磁电动机领域，尤其涉及一种矿用永磁同步电机变频器。

背景技术

长期以来，大功率交流电机调速涉及的一些关键技术、产品以致成套设备基本被国外大公司垄断，如电机铁芯用高性能软磁材料及永磁电机用高性能永磁材料的专利技术与产品、高压大电流全控开关器件、高性能数字信号控制器以及十至二十兆瓦以上功率等级高性能交流调速成套电控系统等，基本被一些国外大公司垄断。近年来，随着大功率交流调速系统涉及的材料、器件以及成套设备的国产化取得不同类型的成果。

大功率低速负载，如磨机、往复式压缩机等，使用多极永磁同步电动机虽然可以提高系统功率因数，也可以省去变速机构，如齿轮变速箱，但是永磁同步电机物理过程复杂、控制难度高，高压同步电机调速系统通常需要安装速度/位置传感器，增加了故障率，同时降低了系统可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：永磁同步电机物理过程复杂、控制难度高，高压同步电机调速系统通常需要安装速度/位置传感器，这不但增加了故障率，同时降低了系统可靠性。

为解决上面的技术问题，本发明提供了一种矿用永磁同步电机变频器,该高压变频器包括：输入整流模块、储能模块、输出逆变模块、控制系统模块；输入整流模块、储能模块、输出逆变模块三者相互并联；所述的输入整流模块，用于将输入的交流电转换成直流电；所述的储能模块，用于将输入整流模块的电流转换成电能存储；所述的输出逆变模块，用于将储能模块中的电能转换成交流电输出；所述的控制系统模块，用于控制输入整流模块中的绝缘栅双极型晶体管实现整流，把交流电整流成半波，同时控制输出逆变模块中的缘栅双极型晶体管实现逆变，把直流变成交流电，驱动电机。

本发明的有益效果：采用上述的高压变频器可以在很宽的负载范围内，实现了外侧绝缘栅双极型晶体管的零电压开关和内侧绝缘栅双极型晶体管的零电流开关，且不受负载范围和输入电压的影响，同时，消除了零状态时变压器一次测存在的环流，减少了通态损耗，提高了高压变频器的效率，绝缘栅双极型晶体管的电压应力是直流输入电压的一半。

进一步地，所述的储能模块包括：相互串联的电容C1和C2，电容C1一端P端分别与输入整流模块、输出逆变模块连接，电容C1另一端连接电容C2，电容C2一端N端分别与入整流模块、输出逆变模块连接，电容C2另一端连接电容C1。

进一步地，所述的输出逆变模块包括：3个逆变相单元，所述的3个逆变相单元相互并联，并联后的共同端与输入整流模块、储能模块连接。

进一步地，所述的每个逆变相单元包括：绝缘栅双极型晶体管模块、钳位二极管模块；所述的绝缘栅双极型晶体管模块、钳位二极管模块相互并联。

进一步地，所述的绝缘栅双极型晶体管模块包括：4个绝缘栅双极型晶体管K-a1、K-a2、K-a3、K-a4，所述的4个绝缘栅双极型晶体管相互串联；

所述的钳位二极管模块包括：4个钳位二极管D-a1、D-a2、D-a3、D-a4，所述的4个钳位二极管相互串联。

上述进一步地有益效果：在变频器稳态工作时，电容Ca的电压恒为母线DC Link电压的一半，以实现内侧绝缘栅双极型晶体管的零电流开关。外侧绝缘栅双极型晶体管K-a1和K-a4利用结电容C-a1和C-a2实现了零电压关断；绝缘栅双极型晶体管的开通和关断过程中对结电容C-a1和C-a2，进行充放电，使K-a1和K-a4两端电压达到零，借此实现外侧绝缘栅双极型晶体管的零电压开通。

进一步地，所述的每个绝缘栅双极型晶体管模块还包括：3个电容Ca、C-a1、C-a2，所述的电容Ca一端连接在绝缘栅双极型晶体管K-a1、K-a2之间，电容Ca另一端连接在绝缘栅双极型晶体管K-a3、K-a4之间；所述的电容C-a1与钳位二极管D-a1并联；所述的电容C-a2与绝缘栅双极型晶体管K-a4并联。

上述进一步的有益效果：可以在很宽的负载范围内，实现了外侧绝缘栅双极型晶体管的零电压开关和内侧绝缘栅双极型晶体管的零电流开关，且不受负载范围和输入电压的影响。

进一步地，所述的输入整流模块包括：3个输入整流相单元，所述的3个输入整流相单元相互并联，并联后的共同端分别与储能模块、输出逆变模块连接。

进一步地，所述的控制系统模块包括：旋转变压器、转速环、电压源逆变器、电流传感器；

所述的旋转变压器，用于测量电机的转子磁场位置；

所述的转速环，用于将旋转变压器测量到的电机转速与给定的转速进行比较，并将比较的结果输入PI调节器；