礦井提升機(jī)雙繞組同步電機(jī)的冗余中壓交直交變頻裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種礦井提升機(jī)雙繞組同步電機(jī)的冗余中壓交直交變頻裝置，主要應(yīng)用于提升機(jī)的2500KW以下3KV以上交流低速同步電機(jī)，包括高壓電線、變壓器、電機(jī)繞組、變頻單元和勵(lì)磁單元，所述變頻單元包括AFE前端整流、直流母線和逆變單元，變頻單元和勵(lì)磁單元分別設(shè)計(jì)為兩組結(jié)構(gòu)完全相同的并列裝置，電機(jī)定子為雙繞組結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩組變頻單元同時(shí)工作時(shí)，每組供給電機(jī)的對(duì)應(yīng)繞組，負(fù)載均分；當(dāng)只有一組變頻裝置工作時(shí)，通過(guò)切換開關(guān)將電機(jī)定子繞組串聯(lián)或并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全載半速或全載全速。本實(shí)用新型取得的技術(shù)效果是：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，通過(guò)設(shè)計(jì)冗余的變頻單元和勵(lì)磁單元，以及電機(jī)定子雙繞組結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)的應(yīng)急性和工作效率。
【專利說(shuō)明】礦井提升機(jī)雙繞組同步電機(jī)的冗余中壓交直交變頻裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電機(jī)雙繞組的交直交變頻裝置，具體涉及一種用于礦井提升機(jī)雙繞組同步電機(jī)的冗余中壓交直交變頻裝置。
技術(shù)背景
[0002]目前，應(yīng)用于2500KW以下的提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，直流調(diào)速依然占據(jù)主導(dǎo)地位，但是直流調(diào)速系統(tǒng)具有諧波含量大，功率因數(shù)低等缺點(diǎn)，在這些方面交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)明顯優(yōu)于直流調(diào)速，但是目前還沒(méi)有能用于2500KW以下提升機(jī)中低速交流同步電機(jī)的中壓交直交變頻調(diào)速裝置，也沒(méi)有相應(yīng)的系統(tǒng)冗余方案，當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)故障時(shí)，必須要停車排除相應(yīng)故障，才能恢復(fù)提升機(jī)的正常運(yùn)行。所以，如何提供一種能應(yīng)用于2500KW以下具有冗余特性的同步電機(jī)中壓交直交變頻調(diào)速裝置(包括變頻單元冗余和勵(lì)磁單元冗余)，既能滿足提升機(jī)的正常工作要求，又能實(shí)現(xiàn)變頻器故障狀態(tài)下的運(yùn)行，進(jìn)而保證提升機(jī)安全可靠高效的工作，一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的重要問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型解決的技術(shù)方案是:提供一種礦井提升機(jī)雙繞組同步電機(jī)的冗余中壓交直交變頻裝置，主要應(yīng)用于提升機(jī)的2500KW以下3KV以上交流低速同步電機(jī)。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案包括高壓電線、變壓器、電機(jī)繞組、變頻單元和勵(lì)磁單元，所述高壓電線分別通過(guò)變壓器連接到變頻單元和勵(lì)磁單元，為變頻單元和勵(lì)磁單元提供電能；電機(jī)繞組包括轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組，變頻單元與定子繞組相連接，勵(lì)磁單元與轉(zhuǎn)子繞組相連接，變頻單元包括兩組并列的AFE前端整流、直流母線和逆變單元，在每一組中，AFE前端整流一端連接變壓器另一端連接直流母線，直流母線連接逆變單元，逆變單元連接到定子繞組，勵(lì)磁單元包括兩組并列的勵(lì)磁裝置。
[0005]作為優(yōu)選方案，所述勵(lì)磁單元通過(guò)切換開關(guān)與勵(lì)磁變壓器相連接，勵(lì)磁變壓器與單刀單擲開關(guān)的一端相連接，單刀單擲開關(guān)另一端連接到高壓電線，用于控制對(duì)勵(lì)磁單元的供電，包括一過(guò)壓保護(hù)裝置并聯(lián)于勵(lì)磁單元和電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組之間。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述切換開關(guān)包括一個(gè)單刀雙擲開關(guān)和一個(gè)雙刀雙擲同步開關(guān)，觸點(diǎn)表示為a和b，分別連接到勵(lì)磁單元的兩端，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁單元兩組裝置的切換。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述電機(jī)定子為雙繞組結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)切換開關(guān)將其連接為串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述變壓器一端與變頻單元連接，變壓器另一端通過(guò)單刀單擲開關(guān)連接到高壓電線，用于控制對(duì)變頻單元的供電，在變頻單元內(nèi)部的AFE前端整流與直流母線相連接，直流母線與逆變單元相連接，逆變單元分別通過(guò)兩個(gè)三刀單擲開關(guān)與電機(jī)定子繞組相連，在結(jié)構(gòu)上兩個(gè)支路完全相同。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述中壓交直交變頻單元采用全數(shù)字矢量控制，基于IGBT三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率單元模塊化設(shè)計(jì)。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述變頻單元的兩組直流母線是不相連的，保證各自工作的獨(dú)立性。
[0011]本實(shí)用新型針對(duì)交流同步電機(jī)在2500KW以下3KV以上的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用，變頻單元和勵(lì)磁單元分別設(shè)計(jì)為兩組結(jié)構(gòu)完全相同的并列裝置，電機(jī)定子為雙繞組結(jié)構(gòu)。根據(jù)變頻單元兩組裝置的工作狀態(tài)結(jié)合定子繞組的連接方式，提出了三種有效的交直交變頻調(diào)速方案:其一，當(dāng)兩組變頻單元同時(shí)工作時(shí)，每組供給相應(yīng)電機(jī)繞組，負(fù)載均分，實(shí)現(xiàn)全載全速；其二，當(dāng)只有一組工作時(shí)，通過(guò)切換開關(guān)將電機(jī)定子雙繞組串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全載半速；其三，當(dāng)只有一組工作時(shí)，通過(guò)切換開關(guān)將電機(jī)定子雙繞組并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全載全速。本實(shí)用新型取得的技術(shù)效果是:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率提升和滿負(fù)載運(yùn)行，變頻單元和勵(lì)磁單元的冗余結(jié)構(gòu)能夠提高生產(chǎn)效率和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了因?yàn)閱蝹€(gè)變頻單元或勵(lì)磁單元出現(xiàn)故障，必須要停車檢查和排除故障，提高系統(tǒng)的應(yīng)急性和工作效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型原理結(jié)構(gòu)示意圖【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]如圖1所示為本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)原理圖，包括高壓電線1、變壓器2、12和7、電機(jī)繞組、變頻單元11和勵(lì)磁單元8，所述高壓電線1分別連接到變頻單元11和勵(lì)磁單元8，為變頻單元11和勵(lì)磁單元8提供電能，變頻單元11包括兩組并列的AFE前端整流3、直流母線4和逆變單元5，變頻單元11和勵(lì)磁單元8分別設(shè)計(jì)為兩組結(jié)構(gòu)完全相同的并列裝置，電機(jī)繞組包括定子繞組6和轉(zhuǎn)子繞組10，其中，電機(jī)定子6為雙繞組結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)增加切換開關(guān)將其連接為串聯(lián)、并聯(lián)和兩個(gè)繞組獨(dú)立不連的三種結(jié)構(gòu)。
[0015]變壓器2和12 —端與變頻單元11連接，變壓器2和12另一端通過(guò)開關(guān)S10和S20連接到高壓電線1，用于控制對(duì)變頻單元11的供電，在變頻單元11內(nèi)部的AFE前端整流3與直流母線4相連接，直流母線4與逆變單元5相連接，逆變單元5通過(guò)開關(guān)S11和S21分別于與電機(jī)定子兩個(gè)繞組6相連，在結(jié)構(gòu)上兩個(gè)支路完全獨(dú)立且相同。其中，中壓交直交變頻單元11采用全數(shù)字矢量控制，基于IGBT三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率單元模塊化設(shè)計(jì)，具有諧波含量小，功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。采用AFE有源前端整流保證能量反饋的4Q運(yùn)行，變頻單元11的兩組直流母線4是不相連的，保證各自工作的獨(dú)立性，應(yīng)用矢量控制策略同步調(diào)制各自直流母線4至同一電平，保證電機(jī)定子兩個(gè)繞組6上的電壓平衡，使提升機(jī)電機(jī)的平穩(wěn)正常運(yùn)行。
[0016]正常工作時(shí)，變壓器2和12通過(guò)高壓電線1給變頻單元11的AFE前端整流3供電，經(jīng)過(guò)直流母線4，由逆變單元5輸出頻率大小相等的電流，分別經(jīng)過(guò)開關(guān)Sll、S21連接到同步電機(jī)的兩個(gè)定子繞組6，此時(shí)變頻單元11的兩組裝置同時(shí)工作，每組供給相應(yīng)電機(jī)繞組6，提升機(jī)電機(jī)運(yùn)行在全載全速狀態(tài)，負(fù)載均分。
[0017]勵(lì)磁單元8與變壓器7相連接，變壓器7與開關(guān)S30的一端相連接，開關(guān)S30的另一端連接到高壓電線1，用于控制對(duì)勵(lì)磁單元8的供電，在勵(lì)磁單元8兩端分別連接一個(gè)單刀雙擲開關(guān)S4和一個(gè)雙刀雙擲開關(guān)S5，觸點(diǎn)表示為a和b，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁單元8的兩組裝置切換，勵(lì)磁單元8通過(guò)開關(guān)S5與同步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組10相連，提供轉(zhuǎn)子10的勵(lì)磁電流。在勵(lì)磁單元8的輸出端并聯(lián)過(guò)壓保護(hù)裝置9，可以防止整流輸出電壓過(guò)大而損壞轉(zhuǎn)子繞組10。
[0018]正常工作時(shí)，變壓器7通過(guò)高壓電線1給勵(lì)磁單元8供電，勵(lì)磁單元8經(jīng)整流電路輸出勵(lì)磁電流給同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組10，電機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)勵(lì)磁單元8左邊的勵(lì)磁裝置故障時(shí)，通過(guò)閉合開關(guān)S4和S5到觸點(diǎn)b，使右邊的勵(lì)磁裝置接入電路提供同步電機(jī)運(yùn)行所需要的勵(lì)磁電流，可以對(duì)左邊的勵(lì)磁裝置進(jìn)行故障維修，避免單個(gè)勵(lì)磁裝置故障時(shí)必須要停機(jī)；同樣，當(dāng)勵(lì)磁單元8右邊的勵(lì)磁裝置故障時(shí)，通過(guò)閉合開關(guān)S4和S5到觸點(diǎn)a，使左邊的勵(lì)磁裝置接入電路提供同步電機(jī)運(yùn)行所需要的勵(lì)磁電流。
[0019]以上是對(duì)本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行的詳細(xì)介紹。
[0020]應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例是為了說(shuō)明而不是限制本實(shí)用新型，那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不背離所附權(quán)利要求的范圍的條件下設(shè)計(jì)許多可選實(shí)施例。詞語(yǔ)“包含”不排除那些與權(quán)利要求中列出的元件或步驟不同的元件或步驟的存在。元件前的詞語(yǔ)“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)這種元件的存在，在列舉幾種電路權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個(gè)可以由一個(gè)來(lái)表現(xiàn)，硬件項(xiàng)也是同樣，僅僅因?yàn)槟承┓椒ㄊ窃诓煌膹膶贆?quán)利要求中描述的，并不說(shuō)明這些方法的組合不能用來(lái)獲利。
[0021]需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序，而且，術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”或者任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包含一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括那些明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素，術(shù)語(yǔ)“相連”、“連接”、“連接到”或者其他變體，不僅僅包括將兩個(gè)實(shí)體直接相連接，也包括通過(guò)具有有益改善效果的其他實(shí)體間接相連接。
【權(quán)利要求】
1.礦井提升機(jī)雙繞組同步電機(jī)的冗余中壓交直交變頻裝置，包括高壓電線、變壓器、電機(jī)繞組、變頻單元和勵(lì)磁單元，所述高壓電線分別通過(guò)變壓器連接到變頻單元和勵(lì)磁單元，為變頻單元和勵(lì)磁單元提供電能；電機(jī)繞組包括轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組，變頻單元與定子繞組相連接，勵(lì)磁單元與轉(zhuǎn)子繞組相連接，其特征在于:變頻單元包括兩組并列的AFE前端整流、直流母線和逆變單元，在每一組中，AFE前端整流一端連接變壓器另一端連接直流母線，直流母線連接逆變單元，逆變單元連接到定子繞組，勵(lì)磁單元包括兩組并列的勵(lì)磁裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述勵(lì)磁單元通過(guò)切換開關(guān)與勵(lì)磁變壓器相連接，勵(lì)磁變壓器與單刀單擲開關(guān)的一端相連接，單刀單擲開關(guān)另一端連接到高壓電線，用于控制對(duì)勵(lì)磁單元的供電，包括一過(guò)壓保護(hù)裝置并聯(lián)于勵(lì)磁單元和電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述切換開關(guān)包括一個(gè)單刀雙擲開關(guān)和一個(gè)雙刀雙擲同步開關(guān)，觸點(diǎn)表示為a和b，分別連接到勵(lì)磁單元的兩端，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁單元兩組裝置的切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述電機(jī)定子為雙繞組結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)切換開關(guān)將其連接為串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述變壓器一端與變頻單元連接，變壓器另一端通過(guò)單刀單擲開關(guān)連接到高壓電線，用于控制對(duì)變頻單元的供電，在變頻單元內(nèi)部的AFE前端整流與直流母線相連接,直流母線與逆變單元相連接，逆變單元分別通過(guò)兩個(gè)三刀單擲開關(guān)與電機(jī)定子繞組相連，在結(jié)構(gòu)上兩個(gè)支路完全相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述中壓交直交變頻單元采用全數(shù)字矢量控制，基于IGBT三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率單元模塊化設(shè)計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述變頻單元的兩組直流母線是不相連的，保證各自工作的獨(dú)立性。
【文檔編號(hào)】H02P25/18GK203522604SQ201320591439
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】吳旭, 李權(quán)任, 蘇新村, 劉蒙, 張朝君, 何榮 申請(qǐng)人:上海華菱電站成套設(shè)備有限公司