一种高压永磁变频一体机制造技术

本发明专利技术公开了一种高压永磁变频一体机。该变频一体机包括：变频器，其用于将高压交流电进行频率转换并输出，并且其输出的交流电至少为三路；永磁电动机，其用于接收经过变频器频率转换并输出的交流电，以便驱动电动机运转；以及控制器，其配置用于控制所述变频器将高压交流电进行频率转换，并且用于控制永磁电动机的运行状态。本发明专利技术的变频器拓扑结构采用多路输出，使得每路输出的电压相对减小，从而减少了对功率器件额定电压的要求。其次，本发明专利技术的变频一体机采用特殊的储能电容插接方式，从而使得变频器的体积减小。另外，本发明专利技术的永磁电动机采用特殊的绕组缠绕方式，以便连接所述变频器的多路输出。

【技术实现步骤摘要】
一种高压永磁变频一体机
本专利技术一般地涉及电动机应用领域。更具体地，本专利技术涉及一种高压永磁变频一体机。
技术介绍
目前，煤矿井下利用主运皮带等进行运输的场合，经常使用6千伏～10千伏的高压永磁电动机作为动力源。而在对高压永磁电动机的使用过程中，现有的变频器并不能直接驱动高压永磁电动机，因此多采用10kV高压异步电动机+可控启动传输装置(“CST”)_的工作方式。但是这种工作方式的电动机存在维护困难、维护成本高、重载启动转矩小以及对电网冲击大等问题。其次，现有的变频器的拓扑结构多采用功率器件直接串联和多电平输出的方式。这种拓扑结构可靠性低，功率器件易损坏并且输出谐波高。多电平输出的方式虽然规避了功率器件直接串联方式的诸多缺点，但随着电平数增多，导致钳位二极管的数量成倍数增加，这无疑增加了成本，降低了设备运行的可靠性。以最简单的六脉冲整流配合两电平逆变的拓扑结构为例。这种拓扑结构虽然简单，但是其输出谐波较高，因此对电网的冲击较大。为了减弱谐波对电网的影响，较高级的变频器设计有十二脉冲、二十四脉冲或者还有四十八脉冲整流。但是这样的整流移相变压器尺寸较大且成本较高，同时对所驱动的电动机的耐压要求较高，易造成电动机烧毁。为了使得逆变器输出的电流更加平滑，可以将逆变器设计成三电平、五电平甚至多电平逆变。但是，目前此类逆变部分的拓扑结构都是单输出结构，而且越高级的拓扑结构所需的功率器件越多，从而导致变频器的体积过大、成本较高以及控制方式复杂。另外，在对变频器进行预充电的过程中，现有技术并不能直接采用高压交流电对储能电容进行充电，通常是单独设计低压充电电路进行预充电，这样导致变频器电路复杂且成本较高。同时，由于储能电容体积较大，且要满足高压充电以及爬电距离和电气间隔的要求，不但使得变频器的体积较大而且容易造成储能电容烧毁。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
中的一个或多个问题，本专利技术提供了一种将高压永磁直驱同步电动机和高压变频器配合使用的变频一体机。该变频一体机通过控制器控制变频器的逆变单元，从而将高压三相交流电进行频率转换，以便改变永磁直驱同步电动机的转速。另外，本专利技术的变频一体机的永磁电动机定子绕组通过特殊的缠绕方式，与变频器的逆变单元的多路输出端连接，以便与所述逆变单元的IGBT的关断顺序进行配合，从而驱动高压永磁电动机运转。具体地，本专利技术公开了一种高压永磁变频一体机。该变频一体机包括：变频器，其用于将高压交流电进行频率转换并输出，并且其输出的交流电至少为三路；永磁电动机，其用于接收经过所述变频器频率转换并输出的交流电，以便驱动所述电动机运转；以及控制器，其配置用于控制所述变频器将高压交流电进行频率转换，并且用于控制所述永磁电动机的运行状态。在一个实施例中，所述变频器包括整流单元、直流回路和逆变单元，其中所述整流单元用于将所述高压交流电转换成直流电；所述直流回路包括直流母线和储能电容，并且用于将所述整流单元输出的直流电进行缓冲和储能；以及所述逆变单元用于将经过所述直流回路处理后的所述直流电转变为至少三路交流电，以便向所述永磁电动机输出。在另一个实施例中，所述高压交流电的电压范围为6千伏～10千伏。在又一个实施例中，所述变频一体机还包括霍尔电流互感器，其用于采集所述至少三路交流电，并将采集的信号向所述控制器输出，以便控制所述永磁电动机的运行状态。在一个实施例中，所述变频一体机还包括预充电电路，其布置于所述整流单元的输入端，并且用于通过所述高压交流电对所述直流回路中的储能电容进行预充电。在另一个实施例中，所述变频一体机还包括母线电压取样电路，其与所述直流母线并联，并且用于对直流母线上的电压值进行取样，并将取样结果向所述控制器输出，以便控制所述变频器将所述高压交流电进行频率转换。在又一个实施例中，所述变频一体机还包括电抗器，其连接于所述变频器的输入端，并且用于对所述高压交流电进行稳压和抑制干扰。在一个实施例中，所述储能电容采用无外壳的封装型式和插接的连接方式，以便增大极壳耐压值和电气间隔以及减小所述变频器的体积。在另一个实施例中，所述永磁电动机的定子绕组采用多绕组的星型连接方式与所述逆变单元的多路输出端进行连接。在又一个实施例中，所述变频一体机，还包括静态均压电路，其连接于所述直流母线之间，并且用于对所述逆变单元进行均压处理以及在所述变频器断开时，对所述直流母线上的电压进行放电。本专利技术的变频一体机具有结构简单、整机体积小并且运行稳定可靠等优点。一方面，所述变频器的储能电容采用无外壳的封装型式，其顶端封装金属固定耳，从而在满足极壳耐压、爬电距离和电气间隙的前提下，有效地保证了储能电容的固定强度。另一方面，本专利技术的变频一体机采用特殊的预充电电路，使得可以通过高压电直接对所述储能电容进行预充电，从而减小了所述变频一体机的体积。另外，本专利技术的变频一体机采用变频器结合永磁电动机的4路电磁耦合技术，从而解决了变频一体机的难以低速控制、难以高压驱动、启动转矩小以及IGBT均压困难等技术难题。附图说明通过参考附图阅读下文的详细描述，可以更好地理解本专利技术的上述特征，并且其众多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图，其中:图1是示出根据本专利技术实施例的变频一体机的组成框图；图2是示出根据本专利技术实施例的变频器的组成框图；图3是示出根据本专利技术实施例的变频一体机的电路原理图；图4是示出根据本专利技术实施例的永磁电动机的定子绕组连接图；以及图5是示出根据本专利技术实施例的储能电容的连接图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1是示出根据本专利技术实施例的变频一体机100的组成框图。为了更好地理解本专利技术的变频一体机的功能和原理，图1中还绘出了高压交流电。所述高压交流电，例如可以是10千伏的三相高压交流电，以用于对所述变频一体机进行供电。如图1所示，本专利技术的变频一体机100可以包括：控制器101、变频器102和永磁电动机103。其中，所述变频器用于将高压交流电进行频率转换并输出，并且其输出的交流电至少为三路。所述永磁电动机用于接收经过所述变频器频率转换并输出的交流电，以便驱动所述电动机运转。所述控制器配置用于控制所述变频器将高压交流电进行频率转换，并且用于控制所述永磁电动机的运行状态。在一个实施例中，所述高压交流电可以是高压三相交流电，其中每一相电压的相位互差120度，并且其电压范围可以为6千伏～10千伏。在一个应用场景中，本专利技术的变频一体机可以包括变压器，所述变压器的输出为所述高压三相交流电。具体地，所述变压器可以包括铁芯(或磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压永磁变频一体机，包括：/n变频器，其用于将高压交流电进行频率转换并输出，并且其输出的交流电至少为三路；/n永磁电动机，其用于接收经过所述变频器频率转换并输出的交流电，以便驱动所述电动机运转；以及/n控制器，其配置用于控制所述变频器将高压交流电进行频率转换，并且用于控制所述永磁电动机的运行状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压永磁变频一体机，包括：
变频器，其用于将高压交流电进行频率转换并输出，并且其输出的交流电至少为三路；
永磁电动机，其用于接收经过所述变频器频率转换并输出的交流电，以便驱动所述电动机运转；以及
控制器，其配置用于控制所述变频器将高压交流电进行频率转换，并且用于控制所述永磁电动机的运行状态。


2.根据权利要求1所述的变频一体机，其中所述变频器包括整流单元、直流回路和逆变单元，其中
所述整流单元用于将所述高压交流电转换成直流电；
所述直流回路包括直流母线和储能电容，并且用于将所述整流单元输出的所述直流电进行缓冲和储能；以及
所述逆变单元用于将经过所述直流回路处理后的所述直流电转变为至少三路交流电，以便向所述永磁电动机输出。


3.根据权利要求1所述的变频一体机，其中所述高压交流电的电压范围为6千伏～10千伏。


4.根据权利要求1所述的变频一体机，还包括霍尔电流互感器，其用于采集所述至少三路交流电，并将采集到的信号向所述控制器输出，以便控制所述永磁电动机的运行状态。


5.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋承林，张鸿波，刘锡安，杨绪峰，
申请(专利权)人：青岛中加特电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37