[实用新型]矿用防爆型三电平变频调速装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种矿用防爆型三电平变频调速装置，用于对煤矿井下风机、水泵、带式输送机等高压大容量运输系统的调速。 

背景技术

在煤矿井下，变频调速技术在低压小功率范围己得到广泛应用，多采用两电平逆变器，其主电路拓扑结构、控制方法与控制策略都比较成熟，市场上也有大量品牌的成熟产品可供选择。但变频调速技术在中高压大功率交流传动中遇到很多困难，主要有下面的问题： 

1、煤矿井下大容量电动机的供电电压较高，由于组成变频器的功率器件的耐压等级和承受电流的限制，造成匹配上的困难，同时两电平逆变器输出谐波含量大，高压供电时对电机不利； 

2、高压大功率变频调速系统技术含量高、难度大、成本高，而一般的风机、水泵等节能改造项目都要求低投入、高回报，从而造成经济效益上的难题。 

3、在煤矿井下风机、水泵、带式输送机应用的高压大容量防爆型变频装置均采用开关器件并联或选用高耐压大容量的开关器件来实现，开关器件并联经常会出现电流不均，导致局部发热，致使开关器件损坏，且开关器件的成本较高。 

4、在煤矿井下应用的高压大容量防爆型变频装置的开关器件在关断状态下承受的压降为直流母线电压，在关断过程中，di/dt的值通常会很大，因此电磁干扰问题严重。 

发明内容

本实用新型提供一种矿用防爆型三电平变频调速装置，其目的在于解决煤矿井下高压大容量变频器应用中存在的问题。目前，煤矿井下高压大容量变频器的逆变单元采用高压大容量的IGBT或是将IGBT并联使用，其二电平逆变单元采用PWM脉宽调制方法，电压输出谐波含量高、电磁干扰严重、开关损耗和成本较高；对于我国电压等级情况，要驱动电压等级大的电机，则必须采用功率器件串联的方法才能提升输出电压等级。而功率器件的串联会引起一系列的问题，如器件的动态均压、静态均压和di/dt限制等问题。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用二极管钳位式三电平逆变单元拓扑结构，直流侧由两个电容串联，每个电容的电压为直流母线电压的一半，每相有上、下两个桥臂，每个桥臂由两个开关管串联，并通过两个二极管钳位到直流母线的中点。与二电平变频器相比，该逆变单元每相可以输出三种电平，假设直流母线电压为Vdc，若以母线中点为参考点，则输出电平分别定义为：+Vdc/2、0、-Vdc/2，此三种输出状态分别为P、O、N。该结构与普通的二电平结构相比，输出电压电平数由2个增加至3个，每个电平幅值相对降低，由整个直流母线电压变为一半的直流母线电压，输出线电压的电平数由3个增加至5个，在同等开关频率的条件下，可使输出波形质量有较大的改善，输出di/dt也相应下降，降低了谐波含量，使电机的使用寿命延长。 

本实用新型专利的有益效果：可产生多层梯形输出电压，对阶梯型波再作调制可以得到近似的正弦波；在此结构下IGBT关断状态下承受的压降为直流母线电压的一半，因此其在关断的过程中，dv/dt的值通常只有相同电压等级的二电平变频器IGBT的一半，从而降低电磁干扰的问题；二电平PWM控制算法开关频率高，损耗大，三电平逆变器可用较低频率进行开关动作，损耗小，效率高；主要高次谐波远高于开关频率，可以大大降低系统对电网的污染。 

附图说明

图1 矿用防爆型三电平变频调速装置组成框图 

图2 矿用防爆型三电平变频调速装置逆变单元拓扑图 

具体实施方式

图1为矿用防爆型三电平变频调速装置组成框图，该装置由主回路和控制回路组成。主回路包括输入电抗器1、整流单元2、平波单元3、逆变单元4、输出电抗器6。控制回路包含主控电路8、接口电路10、键盘显示7、光纤驱动板9、电流传感器5。 

电网电压通过输入电抗器1接到整流单元2的输入，整流单元2的输出与平波电容3并联接到逆变单元4的输入端。逆变单元4与输出电抗器6串联接到电机。