[發(fā)明專利]一種基于低壓模塊串聯(lián)的高壓永磁變頻電機(jī)一體機(jī)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810535207.7
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN108712024A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫乃輝;張鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 孫乃輝
• 主分類號(hào): H02K11/33
• 分類號(hào): H02K11/33;H02K9/19;H02P25/024;H02P27/06;H02M5/458;H02M1/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于低壓模塊串聯(lián)的高壓永磁變頻電機(jī)一體機(jī)，包括永磁同步電動(dòng)機(jī)，所述永磁同步電動(dòng)機(jī)上方設(shè)有通過法蘭連接的變頻器，所述變頻器整體內(nèi)設(shè)有多個(gè)腔體，所述腔體包括動(dòng)力電源接線腔，輸入電抗器接線腔，所述腔體內(nèi)部包含能夠?qū)崿F(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制的主控單元、整流器件、電容儲(chǔ)能模塊和逆變功率單元，所述永磁同步電動(dòng)機(jī)為具有多相獨(dú)立線圈繞組的永磁同步電動(dòng)機(jī)，所述此一體機(jī)使用水冷散熱器進(jìn)行散熱，所述散熱器水冷板采用新型絕緣導(dǎo)熱材料。本發(fā)明的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力拖動(dòng)領(lǐng)域，特別是一種基于低壓模塊串聯(lián)的高壓永磁變頻電機(jī)一體機(jī)。

背景技術(shù)

目前，高壓變頻器一般采用級(jí)聯(lián)式多電平技術(shù)，結(jié)構(gòu)上主要包括啟動(dòng)柜、移相變壓器、功率單元柜和控制器等部分。雖然采用該結(jié)構(gòu)的高壓變頻器在性能上存在一定優(yōu)勢(shì)，但受限于體積大、防護(hù)等級(jí)低，該類型的高壓變頻器不符合煤安防爆要求，無法應(yīng)用于煤礦井下作業(yè)。迄今為止，煤礦井下使用的高壓變頻器成熟產(chǎn)品僅為3300V電壓等級(jí)，傳統(tǒng)的單元串聯(lián)方式無法實(shí)現(xiàn)6kV或10kV高電壓等級(jí)的變頻拖動(dòng)應(yīng)用。

現(xiàn)有的變頻器逆變部分一般采用傳統(tǒng)兩電平或結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜的三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然兩電平和三電平主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)逆變單元采用的功率元器件耐壓要求較高，目前全球范圍內(nèi)IGBT最高耐壓為6500V，且相比于低壓IGBT功率模塊，高耐壓等級(jí)的IGBT價(jià)格昂貴、市場(chǎng)供應(yīng)量不足，主要依賴于進(jìn)口且實(shí)際應(yīng)用過程中需要備案，諸多不便限制了該功率模塊的實(shí)際應(yīng)用，因此采用傳統(tǒng)兩電平或三電平結(jié)構(gòu)無法應(yīng)用于6kV或10kV變頻器。若采用多電平輸出拓?fù)洌粌H主回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜硬件不易實(shí)現(xiàn)，而且軟件編程難度大，控制性能降低，對(duì)普通三相輸入電機(jī)自身性能要求高。基于低壓模塊串聯(lián)的高壓永磁變頻電機(jī)一體機(jī)主回路中逆變電路采用多個(gè)低壓IGBT逆變模塊串聯(lián)分壓形成多組兩電平（或三電平）逆變單元串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)具有多相輸出，可以連接具有多相輸入的永磁同步電機(jī)，此方法可以有效減小電機(jī)端繞組上的du/dt，使得變頻器對(duì)電機(jī)的性能要求降低，徹底解決了高壓變頻器驅(qū)動(dòng)高壓電機(jī)的難題。

高壓變頻調(diào)速一體機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般為異步感應(yīng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)部分除了電機(jī)還包含減速器、液力耦合器等機(jī)械結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗電量大，占用較大的空間，永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、低速大轉(zhuǎn)矩、效率高等優(yōu)點(diǎn)。基于低壓模塊串聯(lián)的高壓永磁變頻電機(jī)一體機(jī)將變頻器與永磁同步電機(jī)結(jié)合在一起，除了能充分發(fā)揮永磁同步電機(jī)固有的優(yōu)良特性外，由于省去了變頻器和電機(jī)之間連接的長(zhǎng)電纜，還能避免電機(jī)端電壓尖峰過大導(dǎo)致的電機(jī)絕緣老化甚至擊穿情況的發(fā)生，同時(shí)，解決了輸出電纜對(duì)周圍設(shè)備產(chǎn)生干擾的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了一種基于低壓模塊串聯(lián)的高壓永磁變頻電機(jī)一體機(jī)。

實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種基于低壓模塊串聯(lián)的高壓永磁變頻電機(jī)一體機(jī)，包括永磁同步電動(dòng)機(jī)，所述永磁同步電動(dòng)機(jī)上方設(shè)有通過法蘭連接的變頻器，所述變頻器整體內(nèi)設(shè)有多個(gè)腔體，所述腔體包括動(dòng)力電源接線腔、輸入電抗器接線腔，所述腔體內(nèi)部包含能夠?qū)崿F(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制的主控單元、整流器件、電容儲(chǔ)能模塊和逆變功率單元，所述永磁同步電動(dòng)機(jī)為具有多相獨(dú)立線圈繞組的永磁同步電動(dòng)機(jī)，所述此一體機(jī)使用水冷散熱器進(jìn)行散熱，所述散熱器水冷板采用新型絕緣導(dǎo)熱材料。

所述變頻器整流部分采用三相半控橋式模塊串聯(lián)均壓整流，使用二極管串聯(lián)電阻接入一相輸入電源回路的獨(dú)特形式提供上電回路，省去了傳統(tǒng)主回路中使用的輸入接觸器和可控硅，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、降低了生產(chǎn)成本。

所述變頻器內(nèi)的水冷板內(nèi)嵌水路通道與電機(jī)內(nèi)部水道串接形成一個(gè)供水冷卻回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，所述散熱器水冷板采用新型絕緣導(dǎo)熱材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)高、絕緣性能好的特點(diǎn)，所述散熱器水冷板進(jìn)出水口與電機(jī)水道連接處采用O型密封圈進(jìn)行密封，防止冷卻水外溢。

所述變頻器殼體表面帶有參數(shù)顯示和帶電指示功能，具有與外部信號(hào)和主回路電纜連接的接口。