专利名称：3300v矿用隔爆兼本安型变频调速一体机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变频电动机，具体地说，是一种3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机。
背景技术：
目前煤矿井下使用的变频器体积都较大，尤其是3300V变频器的体积大的问题一直没有解决，这对变频器小型化问题造成了严重的制约。如果将变频器采用双路或多路输出的形式，可以有效的解决变频器的体积问题，传统的电动机绕组形式，如图1-2所示，以星形接法为例，定子72槽，三相绕组，每相四支路，线圈跨距为1-16，均由排布，为单路输入电动机，不能与双路或多路输出形式的变频器形成配套；如果采用一台变频器控制多台串联的电动机的方式，又会因为电动机制造上的差异，造成变频器不能良好工作。并且变频器现有的变频拓扑结构中，最简单的拓扑方案，为六脉冲整流配合两电平逆变的，较高级的变频器有十二脉冲整流或者二十四脉冲整流的，以减弱对电网谐波的影响，逆变部分有三电平逆变、五电平逆变甚至多电平的，可以使逆变器输出电流更平滑。此类拓扑结构都是逆变侧单输出结构，而且越高级的拓扑结构所需的器件越多，存在变频器的体积大，功率器件成本高，控制方式复杂，维护费用高的缺陷。普通的两电平逆变输出电路结构简单，但输出谐波较高，对所托电机的耐压要求也较高，易造成电机烧毁。
发明内容
本发明针对目前的变频器体积大，占用井下空间，进行多路输出时变频电动机不能与之形成配套，造成变频器不能良好工作，变频器的拓扑结构存在逆变后电压输出过大，对器件耐压性要求过高，拓扑结构复杂，结构庞大，功率器件成本过高，二电平逆变电路结构简单但输出谐波较大等问题，设计了一种3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机。本发明3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，包括电动机、变频器，变频器安装在电动机的上部，电动机后端安装有动力电源腔，变频器外壳上安装有与变频器电连接的控制模块，变频器内部安装有变频功率及储能模块，所述的电动机为多绕组电机。优选的是，所述的变频功率及储能模块包括水冷板，水冷板内设置有水道，水冷板上安装有紫铜板，紫铜板上安装有多个功率器件，功率器件上都安装有与功率器件电连接的叠层母排，水冷板上还安装有绝缘支架，所述的绝缘支架包括平行安装在水冷板前后两侧的两个支撑架，支撑架之间平行安装有多个分隔固定板，分割固定板之间都安装有插接式电力电容，插接式电力电容的底部与功率器件连接。优选的是，分隔固定板中部的底部都连接有用于支撑分隔固定板的辅助支撑块，分隔固定板顶部设置有多个安装槽。优选的是，所述的插接式电力电容为外壳底部设置有多个插接式连接器的电力电容，所述的插接式连接器包括套管和与电力电容相连的导电连接管，导电连接管安装在套管内，导电连接管都插接在用于固定叠层母排且与功率器件连接的连接柱上，套管的内壁上安装有绝缘垫圈。优选的是，插接式电力电容外壳两侧的侧壁上设置有连接固定板，连接固定板都通过螺栓固定在分隔固定板的安装槽内。优选的是，导电连接管的外径小于绝缘垫圈的内径。优选的是，所述的变频器的变频器拓扑结构为多路输出电气拓扑结构，多路输出电气拓扑结构包括整流单元和逆变单元，整流单元和逆变单元之间连接有分压单元；该拓扑结构还包括多绕组电机,多绕组电机各绕组的阻抗一致,所述的分压单元由多个电容组串联组成，连接于整流单元输出的直流母线间，每个电容组两端并联有均压电阻，所述的逆变单元为多组二电平逆变单元串联，组数与电容组组数相同，每组分压单元的输出端分别连接每组逆变单元的输入端，每组逆变单元的输出分别连接多绕组电机的各个绕组。优选的是，所述的电容组由多个电容并联组成。优选的是，所述的多绕组电机线圈的排列结构，包括与变频器的输出电源路数相同的多路独立线圈组，相邻独立线圈组之间相互电气隔离，各路独立线圈组相互配合形成变频电动机完整的旋转磁场。优选的是，每路独立线圈组包括三相支路线圈，每相支路线圈均由多个线圈并排放置并联组成。本发明的有益效果是:3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机的变频功率及储能模块由下而上成层状排布，降低了变频器整体的体积。水冷板上安装有导热性能较好的紫铜板，增加了水冷板的散热能力。安装的插接式电力电容可直接通过插接式连接器插接在连接柱上，无须电缆连接，减小了设备整体的体积，拆装方便，节省了拆装时间，提高了工作效率，连接电感小，功率器件无须安装吸收电容，增加了设备整体的稳定性，并且插接式连接器的位置固定，大大降低了安装错误的几率。导电连接管的外径小于绝缘垫圈的内径，使导电连接管可在套管内运动，增强了电力电容安装的兼容性，避免了因连接柱的位置偏差造成的无法安装的问题。多绕组电机采用多路线独立圈组，每路独立线圈组可以独立与相同路数的电源配合，满足了多路电源同时输入的要求，解决了电动机配合变频器多路电源输出的问题，实现了电动机与变频器多路输出的配套；且独立线圈组的路数可以扩展，三相异步电动机可以扩展为永磁直流电机、同步电机、开关磁阻电机等含有绕组线圈的应用场合。变频器的变频器拓扑结构采用多路输出，每路输出电压相对减小，对功率器件的耐压要求也降低。该结构逆变单元采用二电平逆变，简化了电路结构，节省了功率器件，降低了生产成本。该拓扑结构的输出端与多绕组电机连接，电机每套绕组阻抗一致，避免变频器直流母线中点偏移，各路输出分别连接专用多绕组电机每组绕组，可实现高压的矿用防爆变频一体机的设计。
附图1为传统线圈排列结构图。附图2为传统线圈U相线圈排列结构图。附图3为3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机的整体结构图。
附图4为变频功率及储能模块的结构图。附图5为变频功率及储能模块的爆炸图。附图6为插接式电力电容的立体图。附图7为插接式电力电容的仰视图。附图8为变频器拓扑结构的示意图。附图9为电机线圈的排列结构的一种线圈排列结构图。附图10为附图9的U相线圈排列结构图。附图11为电机线圈的排列结构的另一种线圈排列结构图。附图12为附图11的U相线圈排列结构图。
具体实施例方式本发明3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，如图3所示，包括电动机14、变频器17，变频器17安装在电动机14的上部，电动机14后端安装有动力电源腔18，变频器17外壳上安装有与变频器17电连接的控制模块19，变频器17内部安装有变频功率及储能模块20，所述的电动机14为多绕组电机。如图4至7所述，变频功率及储能模块包括水冷板I，水冷板I内设置有水道，水冷板I上安装有紫铜板2，紫铜板2上安装有多个功率器件3，功率器件3上都安装有与功率器件3电连接的叠层母排4，水冷板I上还安装有绝缘支架5，所述的绝缘支架5包括平行安装在水冷板I前后两侧的两个支撑架6，支撑架6之间平行安装有多个分隔固定板7，分隔固定板7中部的底部都连接有用于支撑分隔固定板7的辅助支撑块9，分隔固定板7顶部设置有多个安装槽10。分割固定板7之间都安装有插接式电力电容8，插接式电力电容8外壳两侧的侧壁上设置有连接固定板16，连接固定板16都通过螺栓固定在分隔固定板7的安装槽10内，插接式电力电容8的底部与功率器件3连接。插接式电力电容8为外壳底部设置有多个插接式连接器11的电力电容，所述的插接式连接器11包括套管12和与电力电容相连的导电连接管13，导电连接管13安装在套管12内，导电连接管13都插接在用于固定叠层母排4且与功率器件3连接的连接柱上，套管12的内壁上安装有绝缘垫圈15。导电连接管13的外径小于绝缘垫圈15的内径，导电连接管13在满足可靠电气连接的基础上，在绝缘套管12内有至少1_的活动间隙，确保导电连接管13不会因为连接柱位置的偏差，造成电力电容的安装困难，保证了电力电容的顺利安装。如图8所示，变频器拓扑结构以双输出拓扑结构为例，多绕组电机采用双绕组电机。变频器拓扑结构，包括整流单元和逆变单元，整流单元采用六脉冲整流，整流单元和逆变单元之间连接有分压单元，该拓扑结构还包括双绕组电机，双绕组电机的两组阻抗一致，分压单元由两个电容组串联组成，每个电容组由三个电容并联组成，电容组两端并联有均压电阻，逆变单元为两组二电平逆变单元串联，每组分压单元的输出端分别连接每组逆变单元的输入端，每组逆变单元的输出分别连接双绕组电机的各个绕组。变频器工作时，输入电压3.3kv，经六脉冲整流单元整流，直流母线间电压可达到约4.6kv，经两组分压单元进行分压，均压电阻保证每组分压单元两端电压一致，均为约
2.3kv,每组分压单元的输出端连接一组二电平逆变单元的输入端，每组逆变单元的输出电压均为约1.65kv左右，逆变单元输出端连接专门设计的双绕组电机，电机两套绕组阻抗一致，避免变频器直流母线中点偏移，每组逆变单元输出连接电机的一套绕组，如此电机的承载电压较传统的两电平逆变输出电压大大减小。同时结构简化，实现矿用防爆高压变频一体机的设计。双绕组电机为了适应变频器拓扑结构，满足变频器多路输出的要求，解决电动机配合变频器多路输出，因此双绕组电机线圈的排列结构不能采用传统排列方法，应当采用双路输入的线圈排列结构。以线圈星形接法为例。如图9所示，本发明提供的电机线圈的排列结构，线圈包括与变频器的两路输出电源相同的两路独立线圈组，两路独立线圈组之间相互电气隔离，两路独立线圈组相互配合形成变频电动机完整的旋转磁场，每路独立线圈组包括三相支路线圈，每相支路线圈均由两个线圈并排放置并联组成，线圈跨距为1-16，均匀排布。上述两路独立线圈组并联共同作为一台电动机的完整励磁源，分别对应两套独立电源，为两路电源输入。如图10所示为UOl和Ull的对应关系，实现部分线圈为Ull路，虚线部分线圈为UOl路，其余相的对应关系与此相同，在此两路电源中，每路电源对应的定子线圈占据原传统线圈排列形式的一部分，相当于将原传统线圈并列切开。如图11所示，本发明提供的电机线圈的排列结构，线圈包括与变频器的两路输出电源相同的两路独立线圈组，两路独立线圈组之间相互电气隔离，两路独立线圈组相互配合形成变频电动机完整的旋转磁场，每路独立线圈组包括三相支路线圈，每相支路线圈均由四个线圈并排放置并联组成，线圈跨距为1-16，均匀排布。上述两路独立线圈组并联共同作为一台电动机的完整励磁源，分别对应两套独立电源，为两路电源输入。如图12所示为UOl和Ull的对应关系，实现部分线圈为Ull路，虚线部分线圈为UOl路，其余相的对应关系与此相同，在此两路电源中，每路电源对应的定子线圈占据原传统线圈排列形式的一部分，相当于将原传统线圈串列切开。
权利要求
1.一种3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，包括电动机(14)和安装在电动机(14)上部的变频器(17)，电动机(14)后端安装有动力电源腔(18)，变频器(17)外壳上安装有与变频器(17)电连接的控制模块(19)，变频器(17)内部安装有变频功率及储能模块(20 )，所述的电动机(14 )为多绕组电机。
2.根据权利要求1所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，所述的变频功率及储能模块(20)包括水冷板(1),水冷板(1)内设置有水道,水冷板(1)上安装有紫铜板(2)，紫铜板(2)上安装有多个功率器件(3)，功率器件(3)上都安装有与功率器件(3)电连接的叠层母排(4)，水冷板(1)上还安装有绝缘支架(5)，所述的绝缘支架(5)包括平行安装在水冷板(1)前后两侧的两个支撑架(6 )，支撑架(6 )之间平行安装有多个分隔固定板(7)，分割固定板(7)之间都安装有插接式电力电容(8)，插接式电力电容(8)的底部与功率器件(3)连接。
3.根据权利要求2所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，分隔固定板(7)中部的底部都连接有用于支撑分隔固定板(7)的辅助支撑块(9)，分隔固定板(7)顶部设置有多个安装槽(10)。
4.根据权利要求2所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，所述的插接式电力电容(8)为外壳底部设置有多个插接式连接器(11)的电力电容，所述的插接式连接器(11)包括套管(12)和与电力电容相连的导电连接管(13)，导电连接管(13)安装在套管(12)内，导电连接管(13)都插接在用于固定叠层母排(4)且与功率器件(3)连接的连接柱上，套管(12)的内壁上安装有绝缘垫圈(15)。
5.根据权利要求4所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，插接式电力电容(8)外壳两侧的侧壁上设置有连接固定板(16)，连接固定板(16)都通过螺栓固定在分隔固定板(7)的 安装槽(10)内。
6.根据权利要求4或5所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，导电连接管(13)的外径小于绝缘垫圈(15)的内径。
7.根据权利要求1所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，所述的变频器采用多路输出电气拓扑结构，多路输出电气拓扑结构包括整流单元和逆变单元，整流单元和逆变单元之间连接有分压单元；该拓扑结构还包括多绕组电机，多绕组电机各绕组的阻抗一致，所述的分压单元由多个电容组串联组成，连接于整流单元输出的直流母线间，每个电容组两端并联有均压电阻，所述的逆变单元为多组二电平逆变单元串联，组数与电容组组数相同，每组分压单元的输出端分别连接每组逆变单元的输入端，每组逆变单元的输出分别连接多绕组电机的各个绕组。
8.根据权利要求7所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，所述的电容组由多个电容并联组成。
9.根据权利要求1所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，所述的多绕组电机，其线圈的排列结构包括与变频器的输出电源路数相同的多路独立线圈组，相邻独立线圈组之间相互电气隔离，各路独立线圈组相互配合形成变频电动机完整的旋转磁场。
10.根据权利要求9所述的3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，其特征在于，每路独立线圈组包括三相支路线圈，每相支路线圈均由多个线圈并排放置并联组成。
全文摘要
一种3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机，包括电动机、变频器，变频器安装在电动机的上部，电动机后端安装有动力电源腔，变频器外壳上安装有与变频器电连接的控制模块，变频器内部安装有变频功率及储能模块，所述的电动机为多绕组电机。3300V矿用隔爆兼本安型变频调速一体机的变频功率及储能模块由下而上成层状排布，降低了变频器整体的体积。多绕组电机采用多路线独立圈组，每路独立线圈组可以独立与相同路数的电源配合，满足了多路电源同时输入的要求，解决了电动机配合变频器多路电源输出的问题，实现了电动机与变频器多路输出的配套。变频器的变频器拓扑结构采用多路输出，每路输出电压相对减小，对功率器件的耐压要求也降低。
文档编号H02M1/00GK103219834SQ20131010597
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者沈宜敏, 艾国昌, 孔聆宇 申请人:青岛天信变频电机有限公司