[發明專利]一種基于RC-IGBT的礦用變頻器控制系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202110342073.9
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112910275A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 連朝陽;郭波;張亭亭;張釗;田國強;李寧;何凱;景煒燁;趙江路;趙琴琴;武哲;劉文利
• 申請（專利權）人: 山西潞安安易電氣有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M1/088;H02H7/10
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔浩;冷錦超

1.一種基于RC-IGBT的礦用變頻器控制系統，包括相互連接的多路主回路和控制單元，其特征在于：所述主回路包括供電網，所述供電網的輸出端串接網側濾波單元（11）后與網側RC-IGBT三電平整流單元（12）的交流側相連，所述網側RC-IGBT三電平整流單元（12）的直流側通過導線串接直流母線支撐電容（13）后與機側RC-IGBT三電平逆變單元（14）的直流側相連，所述機側RC-IGBT三電平逆變單元（14）的交流側串接交流測濾波電感（15）后接入交流同步電機（16）；

所述控制單元包括主控單元（21）、控制信號采集單元（22）、控制信號發出單元（23），所述主控單元（21）的信號輸入端通過導線與控制信號采集單元（22）相連，所述主控單元（21）通過VME總線與控制信號發出單元（23）相連，將脈沖觸發信號發送至控制信號發出單元（23）的光纖觸發板，所述光纖觸發板通過光纖與網側RC-IGBT三電平整流單元（12）、機側RC-IGBT三電平逆變單元（14）的RC-IGBT功率器件相連；

所述主控單元（21）輸出退飽和控制PWM脈沖驅動開關單元中各個RC-IGBT功率器件的開通和關斷。

2.根據權利要求1所述的一種基于RC-IGBT的礦用變頻器控制系統，其特征在于：所述主控單元（21）還通過導線分別與監控系統、以太網控制模塊、礦用變頻器專用平臺、編碼器相連；

所述主控單元（21）通過Modbus通信協議與監控系統實現數據傳輸，所述監控系統上設置有人機界面；

所述主控單元（21）通過SCI通信接口與支持聯網控制的以太網控制模塊實現數據傳輸；

所述主控單元（21）通過CAN總線與礦用變頻器專用平臺相連，所述礦用變頻器專用平臺上設置有過壓、過流、過溫保護。

3.根據權利要求2所述的一種基于RC-IGBT的礦用變頻器控制系統，其特征在于：所述主控單元（21）包括基于DSP和FPGA的主控架構，具體包括主機DSP、從機DSP、從機FPGA，其中主機DSP與從機DSP、從機FPGA之間通過SPI 通信接口實現數據傳輸；

所述主控單元（21）通過主機DSP、從機DSP、從機FPGA實現基于RC-IGBT的礦用變頻器專用平臺的全數字化控制，通過電壓、電流數字閉環控制和載波相移調制，將控制信號通過光纖傳輸至RC-IGBT功率器件；

其中主機DSP、從機DSP內部設置有控制算法實現單元，控制信號采集單元（22）輸出的采樣信號通過A/D轉換輸入到主機DSP中進行運算，所述控制算法實現單元在接收控制信號采集單元（22）經采樣信號調理后的傳感器信息，根據功率給定值計算調制信號，然后將脈沖觸發信號送到光纖觸發板；

其中從機FPGA用于完成礦用變頻器專用平臺過壓、過流、過溫保護以及逆導型IGBT驅動脈沖觸發控制算法。

4.根據權利要求3所述的一種基于RC-IGBT的礦用變頻器控制系統，其特征在于：所述控制信號采集單元（22）包括電壓傳感器、電流傳感器、用于采集變頻器工作溫度的溫度傳感器，其中電壓傳感器用于實時檢測三路電網電壓、兩路直流側電容電壓、三路負載電壓，電流傳感器用于實時檢測三路電網電流、三路負載電流。

5.根據權利要求4所述的一種基于RC-IGBT的礦用變頻器控制系統，其特征在于：所述網側RC-IGBT三電平整流單元（12）、機側RC-IGBT三電平逆變單元（14）均由三組中性點鉗位三電平功率模塊組成，所述中性點鉗位三電平功率模塊包括：整流和逆變拓撲中每相橋臂由四個集成續流二極管的RC-IGBT全控器件、兩個箝位二極管組成，通過高壓直流母線支撐電容并聯且共用直流母線；

所述箝位二極管的兩端連接有用于確保功率單元輸出端可靠箝位至零電平的箝位電阻，所選箝位電阻具體采用水冷電阻。