[发明专利]一种基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及矿井提升机中的绕线式异步电机调速设备的应用领域，具体涉及一种基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统。

背景技术

在我国的矿井提升机中，由于绕线型异步电机具有结构简单、紧凑、坚固、容量大等优点，使绕线型异步电机驱动矿井提升机的调速模式得到广泛应用。目前该类提升机绝大部分都采用绕线异步电机转子串电阻调速，利用转子回路中电阻的不同组合使电机运行在不同的机械特性曲线上，从而达到调速的目的，但是其具有调速性能差，能耗高，维护工作量大，运行不经济等缺点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统，将H桥级联式变频技术和矩阵式变频调速技术相结合，形成了一种新型的绕线型异步电机驱动矿井提升机的交交直接变频调速系统，该系统具有可实现能量双向流动、输入侧功率因数可调，输入电流谐波小且能耗低的特点。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统，分别与电网和绕线式异步电机连接，包括：多电平矩阵变换器、A/D采样模块和矢量控制系统，其中，

多电平矩阵变频器一侧与电网相连，另一侧直接与异步电机三相定子相连，进行交交直接变频和转速控制，实现高性能的矿井提升机调速控制，其进一步包括9×n级联单元模块矩阵；

A/D采样模块与多电平矩阵变频器连接，用以采集电机的转速、电流和电压参数；

矢量控制模块分别与多电平矩阵变频器和A/D采样模块连接，用以根据A/D采样模块所采集的转速、电流和电压参数，给出异步电机调速所需的定子电压矢量信号。

依照本发明较佳实施例所述的基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统，其9×n级联单元模块矩阵包括9个桥臂，每个桥臂由N个低压H桥变频模块级联而成，且级联桥臂为3×3的矩阵阵列，阵列的一侧的三相输入端与电网相连，另一侧的三相输出端直接与异步电机的三相定子相连。

依照本发明较佳实施例所述的基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统，其低压H桥变频模块进一步包括低压H桥变频单元、子A/D采样模块和触发脉冲控制模块，其中，

低压H桥变频单元为四个IGBT开关与电解电容组成的桥式单相逆变器；

子A/D采样模块与低压H桥变频单元连接，用以采集电容电压；

触发脉冲控制模块分别与低压H桥变频单元和子A/D采样模块连接，用以与矢量控制模块进行通讯，传输电压信息，接收矢量控制模块的控制信号，驱动4个IGBT开关。

本发明采用异步电机矢量控制技术，将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，并对其分别进行控制，从而达到对转速的闭环控制。与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用模块化设计，便于根据不同的系统容量进行拓展，同时，冗余设计使得维护更加便利；相较于传统的两电平与三点平输出，多电平输出的谐波含量大大减少，降低了调速系统的谐波，并且提高了输入侧的功率因数，且输出电流连续，提高了矿井提升机的提升效率，降低了传统绕线电机转子串电阻调速方式的能耗。

附图说明

图1为本发明一种基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统的拓扑结构图；

图2为本发明实施例的低压H桥变频单元的结构示意图；

图3为本发明实施例的多电平矩阵变频调速系统主回路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图详细讲解本发明专利提供的一种基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统的结构及原理。

请同时参阅图1至图2，一种基于多电平矩阵变频器的矿井提升机调速控制系统，分别与电网4和绕线式异步电机5连接，包括：多电平矩阵变换器1、A/D采样模块2和矢量控制系统3。多电平矩阵变频器1一侧与电网4相连，另一侧直接与异步电机5的三相定子相连，进行交交直接变频和转速控制，实现高性能的矿井提升机调速控制，其包括9×n级联单元模块矩阵，且9×n级联单元模块矩阵包括9个桥臂，每个桥臂由N个低压H桥变频模块级联而成，且级联桥臂为3×3的矩阵阵列，阵列的一侧的三相输入端与电网4相连，另一侧的三相输出端直接与异步电机5的三相定子相连。A/D采样模块2与多电平矩阵变频器1连接，用以采集电机的转速、电流和电压参数。矢量控制模块3分别与多电平矩阵变频器1和A/D采样模块2连接，用以根据A/D采样模块2所采集的转速、电流和电压参数，给出异步电机调速所需的定子电压矢量信号。