[实用新型]1750V/3300V双电压三电平矿用隔爆变频装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双电压三电平矿用隔爆变频装置，具体地说，是一种1750V/3300V、1600kW的双电压三电平矿用隔爆兼本质安全交流变频器。 

背景技术

自从1957年晶闸管发明以来，作为专门研究电能变换和控制的理论、方法和应用的学科，电力电子技术得到了迅猛的发展，各种变流装置，如变频器、高频开关电源和不间断电源，在国民经济各领域中取得了广泛的应用。通常，这些变流装置都需要一个整流环节，将电网的交流电转换成直流电的形式以便进行后续电能变换处理。二极管不控整流电路和晶闸管相控整流电路是目前工业中最常使用的AC/DC整流电路。尽管具有结构简单和成本低的优点，但是该电路存在以下严重的缺点： 

输入侧电流谐波问题。网侧输入电流为非正弦，谐波含量高；这使得变流装置网侧功率因数低，而且非正弦输入电流中的谐波分量不传递有用的功率，增加了无功和线路损耗，大量的谐波电流还会使网侧输入电压发生畸变。 

直流纹波电压高。直流输出电压中包含较多的纹波，因此需要大的直流滤波电容来消除直流侧电压的纹波，这使得系统体积庞大，总体成本增加。 

随着电压等级及容量要求的增加，传统的两电平变频器由于受电力电子功率器件耐压的限制已经难以满足这些中高压大容量应用场合，直接使用两电平变频器实现高压大容量化具有一定的困难，并且高压应用中两电平变频器输出电压的dv/dt很大，较大的dv/dt会带来多种危害，比如可能加剧电机轴承电流，加剧电缆绝缘层老化，同时高dv/dt将会引起电磁干扰（EMI）问题。 

发明内容

为了解决上述技术问题，针对现有矿用变频器的现状与不足，提出了一种结构简单，能够满足不同的电压等级要求，大幅减小谐波对电网的污染，可靠性高的矿用隔爆兼本质安全交流变频器。 

本实用新型1750V/3300V双电压三电平矿用隔爆变频装置，包括12脉冲移相变压器、输入滤波电路、预充电电路、12脉波整流电路、直流滤波电路、逆变输出电路。电网电压通过12脉冲移相变压器接到输入滤波电路，输入滤波电路的输出接到预充电电路，预充电电路的输出接入12脉波整流电路，整流电路输出的直流电经过直流滤波电路输入到三电平逆变电路。12脉冲移相变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法，输出相位差为30度、大小为1750V的两组电压。12脉冲变压器二次绕组采用双星形并联接法，输出相位相同、大小为3300V的两组电压。输入滤波电路为平波电抗器；整流电路可分为串联12脉波整流电路和并联12脉波整流电路。输出电压为1750V时，12脉波整流电路采用串联12脉波整流电路；输出电压为3300V时，12脉波整流电路采用并联12脉波整流电路。 

采用这两种结构的整流电路可以满足不同电压等级的应用要求，减少交流输入侧电流的谐波含量，从而可以在一定程度上提高功率因数，同时也可以减小直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率；直流滤波电路为薄膜电容采用串并联结构；逆变输出电路为采用二极管钳位型三电平逆变电路，功率器件承受的关断电压就是直流母线电压的一半，输出功率可以提高一倍，较低的dv/dt可以降低电磁干扰，在开关频率附近的谐波幅值也小的多，线电压输出接近正弦波使输出电压的谐波含量降低50%。 

附图说明

图1为1750V串联12脉波三电平调速系统框图 

图2为3300V并联12脉波三电平调速系统框图 

图3为三电平逆变电路原理示意图 

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式： 

如图1所示，当输出电压为1750V时，采用串联12脉波三电平调速系统，主要包括12脉冲移相变压器、输入滤波电路、预充电电路、12脉波整流电路、直流滤波电路和逆变输出电路。 

工作过程是：来自电网的10kV电压输入到12脉冲移相变压器，输出相位差为30度、大小为1750V的两组电压；经输入滤波电路、预充电电路后，进入12脉波整流电路，此时12脉波整流电路为串联。经12脉波整流电路后，交流电转化成直流，再经过二极管钳位型三电平逆变电路，最后将直流转化成幅值、频率均可变的交流量，进而对电机进行调速控制。 

如图2所示，当输出电压为3300V时，采用并联12脉波三电平调速系统，主要包括12脉冲变压器、输入滤波电路、预充电电路、12脉波整流电路、直流滤波电路和逆变输出电路。