CN110752757A - 一种矿用防爆型永磁电机变频器及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用防爆型永磁电机变频器，包括设置在输入端的三相整流器以及通过a+电缆和a‑电缆连接三相整流器的逆变器，还包括中间电路和制动电路，所述的中间电路为电感和电容组成的LC滤波器，所述的制动电路包括开关晶体管、变压器、负载、控制开关和控制连接电路，变压器的初级绕组与开关晶体管串联后分别与a+电缆和a‑电缆连接，变压器的次级绕组连接负载，控制开关根据a+电缆和a‑电缆之间的电压通过控制连接电路控制开关晶体管的开关，所述的逆变器每一相都有两个晶体管，每个晶体管上均并联一个空闲二极管；本发明具有结构简单、可调节性强，能够快速拆卸且保证复杂工件焊接的高精度等优点。

Description

一种矿用防爆型永磁电机变频器及电机

技术领域

本发明属于防爆变频器的技术领域，涉及一种对防爆电机变频器保护电路的改进，特别是一种带开关和负载制动电路的矿用防爆型永磁电机变频器，以及使用该变频器的电机。

背景技术

矿山机械如刮板输送机、带式输送机、提升机、球磨机等均是低速大转矩传动***，目前该***普遍由大功率异步电动机、减速器和液力偶合器等组成。由于减速器和液力偶合器的存在，使得传动***效率低、功率因数低、振动噪声大、设备维护繁琐。目前，防爆型永磁同步电机在矿山自动化设备中的应用越来越广泛。矿用防爆型永磁电机变频器是永磁直驱***中的重要组成部分，其根据上位机的控制指令，调节永磁推进电机的转速和负载来提供负载所需的动力。

但对于高转动惯量扭矩的电机，反馈给变频器的能量往往相对较高。在这种情况下，电机的冷却效果不好。此时，负载不能布置在变频器的机壳内，需要外置。此外，负载布置在变频器机壳外的另一个优点是将电能转换成其他类型的能量更容易实现。然而，将负载布置在变频器机壳外的缺点也很明显，即负载暴露在环境条件下。因此，环境温湿度、机电运行状况可能会影响负载，这会导致电气故障发生，如接地故障或短路。

因此，矿用防爆型永磁电机变频器有必要配备带开关和负载的制动电路作为保护电路，从而进行过压保护。

申请号为201710304310.6的中国专利文献《一种变频器故障保护装置及变频器》公开了一种变频器故障保护装置，具体包括故障检测模块、封波电路、使能单元，能检测到故障信号并对变频器中的IGBT驱动电路输出的信号进行封锁，从而对变频器的工作状态进行有效的保护。该故障保护装置的故障检测模块只能检测到欠压、过压和过流时的故障，并未提及能检测到接地漏电电流中的直流分量，因此当负载发生接地故障时，该故障保护装置是不起作用的。

申请号为201820953389.5的中国专利文献《一种利用开关电源进行变频器制动的电路》公开了一种利用开关电源进行变频器制动的电路，保护电路包括保护电阻和滤波电容，该方案直接将母线电压作为电压环进行反馈，采用电源芯片产生PWM驱动波形，频率固定可调。该专利虽然可以利用电流模式PWM芯片进行变频器的制动控制，但无法解决接地故障或短路等电气故障，不能同时实现制动和故障保护等功能，与现代电路多元化的设计要求不相符，实用价值不大。

发明内容

本发明提供一种带开关和负载的制动电路的矿用防爆型永磁电机变频器，防止电压过大造成变频器故障发生。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿用防爆型永磁电机变频器，包括设置在输入端的三相整流器以及通过a +电缆和a -电缆连接三相整流器的逆变器，还包括连接在三相整流器和逆变器之间的中间电路和布置在a+电缆和a-电缆之间的制动电路，所述的中间电路为电感和电容组成的LC滤波器，所述的制动电路包括开关晶体管、变压器、负载、控制开关和控制连接电路，变压器的初级绕组与开关晶体管串联后分别与a +电缆和a -电缆连接，变压器的次级绕组连接负载，控制开关根据a+电缆和a-电缆之间的电压通过控制连接电路控制开关晶体管的开关，所述的逆变器每一相都有两个晶体管，每个晶体管上均并联一个空闲二极管，逆变器通过控制晶体管对输出的供电电压进行调整，逆变器通过三相输出U、V、W为电机供电。

所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其负载为电阻，负载可以将从电动机反馈到变频器的电能转换为热能耗散掉，这种方式不会烧坏电路。

所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其变压器的初级绕组和次级绕组电偶分离，这样交流电可以以相对低的损耗传递到负载，且使直流分量有效地远离负载，而且变压器的输出电压低于输入电压，变压器的输入端与控制开关串联，输出端与负载相连，这样在变压器中会形成一个直流屏障，只有交流电能够被输送到输出端。

所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其控制开关通过测量电容的电压而得到a+电缆和a-电缆之间的电压。

所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其控制开关是具有控制连接的电子开关，使用的是晶体管或其他半导体部件。这种电子开关可以达到相对较高的开关频率，从而可以减小变压器的尺寸。此外，可以按照操作指令对电子开关的进行控制。

本发明还提供一种矿用防爆型永磁电机，包括上述变频器和与R、S、T三相输入电源连接的故障电流保护装置，所述的故障电流保护装置通过R、S、T与三相整流器连接，所述的负载设置在变频器的电路外部且布置在变频器的外壳内部。

本发明的有益效果是：本发明采用带控制开关和负载的制动电路作为过压保护电路，控制连接电路在工作过程中会判断出变频器是否处于过压状态，如果处于过压状态，控制开关将会闭合，使三相整流器与电容相连接，从而进行限压；负载放在变频器控制电路以外，能有效减小电压过大时对变频器造成的损坏，整个电路简单可靠，易于实现。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

各附图标记为：1—故障电流保护装置，2—三相整流器，3—电感，4—电容，5—逆变器，6—a+电缆，7—a-电缆，8—开关晶体管，9—变压器，10—负载，11—初级绕组，12—次级绕组，13—控制开关，14—电机，15—变频器，16—控制连接电路，Q1～Q6—晶体管，D1～D6—空闲二极管。

具体实施方式

本发明专利的目的是将负载从控制连接电路中分离出来，即使负载放在变频器控制电路以外，也能有效减小电压过大时对变频器的损坏，整个电路简单可靠，易于实现。

本发明制动电路的实现，不需要安装价格较高的全电流敏感型FI开关，可以使用价格相对较低的脉冲电流敏感型FI开关，且所有直流元件都设置在变频器内部，不需要单独进行保护设置。

下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简答地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的实施例。

本发明提供的一种带开关和负载的制动电路的矿用防爆型永磁电机，其结构原理如图1所示，包括上述变频器15和与R、S、T三相输入电源连接的故障电流保护装置1，所述的故障电流保护装置1通过R、S、T与三相整流器2连接，所述的负载10设置在变频器15的电路外部且布置在变频器15的外壳内部。

其中变频器15包括三相输入R、S、T，通过故障电流保护装置1与三相电源连接，三相电源由三根电缆L1、L2、L3表示；变频器15的输入端设有三相整流器2，其对来自主电路L1、L2、L3的电流进行整流并将其提供给中间电路。在本实施例中，中间电路包括电感3和电容4组成的LC滤波器。LC滤波器的作用是平衡整流器2提供的直流电，将直流电通过a +电缆6和a -电缆7引入到逆变器5，逆变器5通过三相输出U、V、W为电机14供电。

本发明中的电机14为永磁电机。逆变器5的每一相都有两个晶体管Q1～Q6，空闲二极管D1～D6与每一个晶体管并联。在图1中未示出但作为公知常识可知，逆变器5设置有控制器，对电机14的U，V，W输出供电电压进行调整，控制器开关可在晶体管Q1～Q6之间切换，从而切换到所需要的频率。

当电机14要停机时，所有的晶体管Q1～Q6都断开，或为了更快的制动而降低电压或者频率，从而改变电流的方向。此时，电机14起到的是发电机的作用，将电能回馈到变频器15。通过这种方式，电流通过空闲二极管D1～D6到达中间电路，从而导致a+电缆6和a-电缆7之间的电压增大。为使电压增幅低于预先设定的最大值，且保证电机14的加速制动，将制动电路连接在a+电缆6和a-电缆7之间的中间电路中，这使得从电动机反馈的能量引起的电压增加量能快速且有效地减小。

制动电路由开关晶体管8、变压器9、负载10、控制开关13和控制连接电路16等构成。所述变压器9的输入端连接到控制开关13，输出端连接到负载10，变压器9的初级绕组11形成输入，变压器9的次级绕组12形成输出，负载10连接到次级绕组12上。如图1所示，负载10设置在变频器15的电路外部且布置在变频器15外壳的内部。因此，负载10的尺寸和性能不再受变频器15内部尺寸和环境条件的限制。这意味着，负载10中耗散大量电能转化成的热能不会影响变频器15本身的散热。

变压器9的初级绕组11与开关晶体管8串联，开关晶体管8由控制开关13通过控制连接电路16进行控制，控制开关13测量a+电缆6和a-电缆7之间的电压，可以根据该电压控制开关晶体管8，该电压可以通过测量电容4的电压而得到。

控制连接电路16接收输出电压，且将输出电压增幅与控制连接电路16内预设电压最大值相比较，若输出电压增幅大于预设电压最大值时，即变频器15处于过压状态，控制连接电路16利用控制开关13使三相整流器2与电容4相连接，从而进行限压。

开关晶体管8通过变压器9的初级绕组11的闭合或打开控制a+电缆6到a-电缆7的电路通断。利用占空比，即晶体管的关断次数与开、关断次数之和之间的关系，可以得到a+电缆6和a-电缆7之间的中间电路的精确的可控压降。当开关晶体管8闭合时，电流可以从a+电缆6流到a-电缆7，同时电流也通过a-电缆7流经变压器9的初级绕组11。由于该电流不是恒定的，而是随着时间的推移随开关晶体管的开闭而增大或减小。因此，会在变压器9的次级绕组12中产生电流，而该电流是没有直流分量的纯交流电，并会在负载10中转化为热，最后能量会从中间电路耗散掉。

如果正常运行时，负载10发生接地故障，不会产生任何不良的后果，因为在变压器9的初级侧只有直流电压可用，而直流电压不能传输到负载10上。制动时的工况也是如此，直流电压不能传输到负载10。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种矿用防爆型永磁电机变频器，其特征在于：包括设置在输入端的三相整流器（2）以及通过a +电缆（6）和a -电缆（7）连接三相整流器（2）的逆变器（5），还包括连接在三相整流器（2）和逆变器（5）之间的中间电路和布置在a+电缆（6）和a-电缆（7）之间的制动电路，所述的中间电路为电感（3）和电容（4）组成的LC滤波器，所述的制动电路包括开关晶体管（8）、变压器（9）、负载（10）、控制开关（13）和控制连接电路（16），变压器（9）的初级绕组（11）与开关晶体管（8）串联后分别与a +电缆（6）和a -电缆（7）连接，变压器（9）的次级绕组（12）连接负载（10），控制开关（13）根据a+电缆（6）和a-电缆（7）之间的电压通过控制连接电路（16）控制开关晶体管（8）的开关，所述的逆变器（5）每一相都有两个晶体管（Q1～Q6），每个晶体管上均并联一个空闲二极管（D1～D6），逆变器（5）通过控制晶体管（Q1～Q6）对输出的供电电压进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其特征在于，所述的负载（10）为电阻。

3.根据权利要求1所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其特征在于，所述变压器（9）的初级绕组（11）和次级绕组（12）电偶分离。

4.根据权利要求1所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其特征在于，所述的控制开关（13）通过测量电容（4）的电压而得到a+电缆（6）和a-电缆（7）之间的电压。

5.根据权利要求1或2所述的一种矿用防爆型永磁电机变频器，其特征在于，所述的控制开关（13）是具有控制连接的电子开关。

6.一种矿用防爆型永磁电机，其特征在于，包括如权利要求1所述的变频器（15）和与三相输入电源连接的故障电流保护装置（1），所述的故障电流保护装置（1）与三相整流器（2）连接，所述的负载（10）设置在变频器（15）的电路外部且布置在变频器（15）的外壳内部。