水冷型6KV矿用高压防爆变频器的制作方法

本发明涉及一种水冷型6kv矿用高压防爆变频器，属于变频器技术领域。

背景技术：

煤矿井下供电电压等级分为10kv、6kv、3.3kv、1140v、660v、127v。目前井下使用的变频调速装置大部分为1140v和660v，部分3300v电压等级。在国内，6kv及以上高压防爆变频器还未在井下应用。地面高压变频器已得到广泛应用，技术也已经很成熟,但没有防爆能力，不能应用在煤矿井下。

地面高压变频器安装空间大，布局空间充足，采用风冷结构即可满足散热要求。高压防爆变频器因特殊要求，风冷已经不能满足其散热要求。

随着工业迅速发展，现代矿井多采用6kv、10kv为入井电压，采用高压大功率电机的场合也逐步增加，采用高压防爆变频器对大功率负载进行启动、调速，可以减小大功率设备启动对电网的冲击，也能使设备运行在最佳状态，达到节能的要求。

目前高压防爆变频器多采用分体式结构设计，即将移相变压器单独设计一个防爆壳体，采用强迫风冷或水-风散热的冷却方式。这种方式增加了6kv高压防爆变频器体积，同时增加了成本，不利于推广。

技术实现要素：

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：为解决上述问题之一，提供一种水冷型6kv矿用高压防爆变频器。

本发明所述的水冷型6kv矿用高压防爆变频器，其特征在于：包括防爆壳体和变频器本体，防爆壳体内装载有变频器本体，防爆壳体上设置也有6kv变压器腔、功率单元腔和控制腔，6kv变压器腔位于防爆壳体的一端，功率单元腔、控制腔位于防爆壳体的另一端，功率单元腔位于6kv变压器腔、控制腔之间。

所述变频器本体包括水冷移相变压器、功率单元、绝缘框架、水冷系统、主控制系统，水冷移相变压器安装在6kv变压器腔内，绝缘框架安装在功率单元腔内，绝缘框架上安装有功率单元，水冷系统、主控制系统安装在控制腔内。

所述水冷移相变压器的副边绕组分为三组，将6kv变压为15路690v三相电压，相邻两路690v电压的相位差为12°，构成30脉冲整流方式，这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，输入电流谐波成分低。

所述水冷移相变压器上还设有6kv变380v降压线圈

所述功率单元共设置有15个，每5个功率单元串联组成一相，每个功率单元的主回路相对独立，采用690v输入电压，便于采用现有成熟技术，实现用低压元器件实现高压输出，节省成本。

所述绝缘框架具有15个单元格，每一个单元格装有一个功率单元，由于相与相之间需要按照6kv电压等级设计安全距离，必然增大壳体体积。为了解决该问题，设计了绝缘框架，绝缘框架设有15个独立的单元格，单元格之间采用绝缘板相互隔开，在减小单元之间距离的同时又能保障功率单元之间的绝缘性能。

所述主控制系统包括变频器主控制器和功率单元控制板，变频器主控制器和功率单元控制板均采用dsp为控制核心的控制系统，保障了控制系统的性能。

所述变频器主控制器和功率单元控制板之间采用了光纤通讯，实现了低压与高压部分的可靠隔离，提高了系统的安全性和抗干扰能力。

所述水冷系统包括主循环泵、板式换热器、水冷系统控制系统、水冷移相变压器水冷单元和功率单元水冷单元，水冷系统控制系统的进水口连通主循环泵的出水口，板式换热器的出水口连通水冷移相变压器水冷单元、功率单元水冷单元的进水口，水冷移相变压器水冷单元、功率单元水冷单元的出水口连通主循环泵的进水口，水冷系统控制系统与主循环泵电性连接，冷却介质由主循环泵升压后进入板式换热器，得到冷却后进入水冷移相变压器水冷单元、功率单元水冷单元，将功率单元和移相变压器将热量带出，再回到主循环泵，往复循环。水冷控制系统对水冷系统进行监控和保护，并将水冷运行状态通过通讯方式传递给主控制器，实现对水冷系统的控制与监测。

所述水冷系统还包括过滤部件、净化系统，过滤部件安装在主循环泵与水冷移相变压器水冷单元、功率单元水冷单元之间的管路上，净化系统的一端连接至主循环泵的出水口，净化系统的另一端连接至主循环泵的进水口，所述净化系统为去离子水回路。

所述变频器本体还包括辅助变压器、接触器、预充电回路，辅助变压器、接触器、预充电回路均安装在6kv变压器腔内。

所述水冷移相变压器每一个副边绕组为对应的单元供电，每个功率单元都承受全部的电机电流、15的相电压、115的输出功率，15个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。

所述二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。

本发明的工作原理：输入侧电源通过高压电缆连接器与接触器进行连接，在接到移相变压器高压侧，移相变压器低压侧分别为各个功率单元提供交流输入电压，多个功率单元级联组成逆变主回路，每个单元的u、v输出端子串接成星型接法向电机提供变频调速之后的输出电压。水冷系统为移相变压器、功率单元进行散热，主控制系统与功率单元之间采用光纤通讯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明所述的水冷型6kv矿用高压防爆变频器，采用一体化结构设计，将6kv变压器腔、功率单元腔、控制腔集中到一个防爆壳体内，解决了高压防爆变频器分腔设计时腔体之间的连接电缆过长，结构设计复杂的问题，降低了电缆过多造成的电磁干扰；同时，设计成一个防爆壳体，方便设备在井下运输、安装；2、水冷移相变压器及功率单元均采用水冷散热，提高了高压防爆变频器散热性能；3、采用功率单元级联结构，可以旁路掉出现故障的功率单元，不会因为一个功率单元故障造成变频器不能工作，提高了高压防爆变频器的可靠性；4、绝缘框架采用方格式设计，解决了功率单元的固定问题，保障了功率单元之间的绝缘性能。每个功率单元独占一个方格，相互独立，方便拆卸。6kv高压防爆变频器采用一体化设计方案，首先要解决移相整流变压器和功率单元的散热问题。6、为解决上述问题，我们采用一体化结构设计和整个系统水冷冷却方式。水冷系统主要包括循环泵、去离子回路、板式换热器、管路及控制部分组成。冷却介质由主循环泵升压后进入板式换热器，得到冷却后进入功率单元水冷基板和移相变压器水冷基板将热量带出，再回到主循环泵，往复循环。水冷控制系统对水冷系统进行监控和保护，并将水冷运行状态通过通讯方式传递给主控制器，实现对水冷系统的控制与监测。每个功率单元的功率器件安装在水冷基板上，移相变压器内部也装有水冷板，通过水冷板将变压器和功率器件产生的热量传递给水冷系统的内循环水，内循环水在通过板式换热器与外循环水进行热交换，将变频器产生的热量带出，实现高压防爆变频器安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的结构图；

图3为功率单元电气原理图；

图4为功率单元连接示意图；

图5为水冷系统原理图；

图6为防爆壳体的主视图；

图7为防爆壳体的左视图。

图中：1、防爆壳体1.1、6kv变压器腔1.2、功率单元腔1.3、控制腔2、水冷移相变压器3、功率单元4、绝缘框架5、水冷系统5.1、主循环泵5.2、板式换热器5.3、过滤部件5.4、净化系统5.5、水冷系统控制系统5.6、水冷移相变压器水冷单元5.7、功率单元水冷单元6、主控制系统

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

以下通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例一

如图1-7所示，所述水冷型6kv矿用高压防爆变频器，包括防爆壳体1和变频器本体，防爆壳体1内装载有变频器本体，防爆壳体1上设置也有6kv变压器腔1.1、功率单元腔1.2和控制腔1.3，6kv变压器腔1.1位于防爆壳体1的一端，功率单元腔1.2、控制腔1.3位于防爆壳体1的另一端，功率单元腔1.2位于6kv变压器腔1.1、控制腔1.3之间。

本实施例中，所述变频器本体包括水冷移相变压器2、功率单元3、绝缘框架4、水冷系统5、主控制系统6，水冷移相变压器2安装在6kv变压器腔1.1内，绝缘框架4安装在功率单元腔1.2内，绝缘框架4上安装有功率单元3，水冷系统5、主控制系统6安装在控制腔1.3内；所述水冷移相变压器2的副边绕组分为三组，将6kv变压为15路690v三相电压，相邻两路690v电压的相位差为12°，构成30脉冲整流方式，这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，输入电流谐波成分低；水冷移相变压器2上还设有6kv变380v降压线圈；所述功率单元3共设置有15个，每5个功率单元3串联组成一相，每个功率单元3的主回路相对独立，采用690v输入电压，，便于采用现有成熟技术，实现用低压元器件实现高压输出，节省成本；所述绝缘框架4具有15个单元格，每一个单元格装有一个功率单元；所述主控制系统6包括变频器主控制器和功率单元控制板，变频器主控制器和功率单元控制板均采用dsp为控制核心的控制系统，保障了控制系统的性能；变频器主控制器和功率单元控制板之间采用了光纤通讯，实现了低压与高压部分的可靠隔离，提高了系统的安全性和抗干扰能力；所述水冷系统5包括主循环泵5.1、板式换热器5.2、水冷系统控制系统5.5、水冷移相变压器水冷单元5.6和功率单元水冷单元5.7，水冷系统控制系统5.5的进水口连通主循环泵5.1的出水口，板式换热器5.2的出水口连通水冷移相变压器水冷单元5.6、功率单元水冷单元5.7的进水口，水冷移相变压器水冷单元5.6、功率单元水冷单元5.7的出水口连通主循环泵5.1的进水口，水冷系统控制系统5.5与主循环泵5.1电性连接；所述水冷系统5还包括过滤部件5.3、净化系统5.4，过滤部件5.3安装在主循环泵5.1与水冷移相变压器水冷单元5.6、功率单元水冷单元5.7之间的管路上，净化系统5.4的一端连接至主循环泵5.1的出水口，净化系统5.4的另一端连接至主循环泵5.1的进水口，所述净化系统5.4为去离子水回路；所述变频器本体还包括辅助变压器、接触器、预充电回路，辅助变压器、接触器、预充电回路均安装在6kv变压器腔1.1内；所述水冷移相变压器2每一个副边绕组为对应的单元供电，每个功率单元都承受全部的电机电流、15的相电压、115的输出功率；15个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组；二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。