本实用新型涉及变频控制技术，具体的，涉及一种基于集成门极换向晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT)的大功率变频电路的技术，特别是一种基于IGCT的大功率矿井提升机变频电路。
背景技术：
矿井提升机担负着矿井生产必须的人员、材料、煤炭、矸石等物资的运输重任，是矿井生产的咽喉。提升机运行对传动系统、工艺控制、信号系统等都提出了严格的要求。高性能先进的提升机电路是矿井安全高效生产的保障。功率3000kW以上大功率提升机电控设备一般采用交流同步电机控制，电控系统有二种形式：基于晶闸管的交交变频传动的同步电机电路，和基于IGCT技术的交直交变频电路。IGCT集成门极换流晶闸管，实际上就是在门极换流晶闸管(Gate Commutated Thyristor,GCT)的基础上集成门极驱动电路。而GCT则是基于平板型电力晶体管(Giant Transistor,GTO)的器件。IGCT的容量可与GTO旗鼓相当，但开关速度可比GTO普通快倍。虽然IGBT所需的驱动功率较大，但是与普通GTO相比较，IGBT的缓冲电路大为简化。中高压变频电路主电路拓扑结构的主流，是“交一直一交”变换结构。“交一直一交”变频一般采用全控型器件，例如IGBT、IGCT、SGCT等等。
目前，国内中高压大功率变频器市场基本被几个全球顶尖的电气生产商所垄断，国产中高压大功率变频器研制因起步较晚、技术储备薄弱，在产品性能和可靠性方面还有待提高与完善。当前基于IGCT技术的提升机电控系统技术先进，但均为国外引进技术，不仅价格高昂，在系统控制、维护、维修等方面也存在一定困难。因此，国产化高性能中高压大功率变频器的研制对于打破国际巨头公司的技术垄断具有重大的战略意义和现实意义。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于IGCT的变频电路。
根据本实用新型提供的一种基于IGCT的变频电路，包括供电网和交流同步电机，还包括依次连接在所述供电网与所述交流同步电机之间的：滤波单元、整流单元、直流储能单元以及逆变单元；
所述整流单元与所述逆变单元均由三组中性点钳位三电平功率模块组成，所述中性点钳位三电平功率模块包括：四个带反并联二极管的IGCT、两个箝位二极管以及两个缓冲电路组成，且共用直流母线；
所述四个带反并联二极管的IGCT串联，两端分别连接一个所述缓冲电路，所述两个箝位二极管串联且与中间两个带反并联二极管的IGCT并联；
所述整流单元的所述中性点钳位三电平功率模块的中点作为输入端连接所述滤波单元，所述逆变单元的所述中性点钳位三电平功率模块的中点作为输出端连接所述交流同步电机。
较佳的，每个所述缓冲电路包括RLCD缓冲电路以及RCD缓冲电路。
较佳的，所述RLCD缓冲电路由缓冲电阻R1、缓冲电感L1、缓冲电容C1和缓冲二极管D1组成；
所述缓冲电阻R1与所述缓冲二极管D1串联并与所述缓冲电感L1并联，所述缓冲电感L1的第一连接端及所述缓冲电容C1的第一连接端构成所述RLCD缓冲电路的输入端，所述缓冲电容C1的第一连接端连接零电平，所述缓冲电容C1的第二连接端连接在所述缓冲电阻R1与所述缓冲二极管D1之间，所述缓冲电感L1的第一连接端连接正电平或负电平；
所述缓冲电感L1的第二连接端构成所述RLCD缓冲电路的输出端，连接所述IGCT。
较佳的，所述RCD缓冲电路由缓冲电容C2、缓冲二极管D2和缓冲电阻R2组成；
所述缓冲电容C2的一端连接所述缓冲电感L1的第二连接端，所述缓冲电容C2的另一端通过并联的缓冲二极管D2和缓冲电阻R2连接到所述IGCT和所述箝位二极管之间。
较佳的，所述滤波单元为LCL滤波单元，每一相由PFC电感、陷波支路电感、陷波支路电容和陷波支路电阻组成；
所述PFC电感一端连接所述供电网，另一端连接所述整流单元，所述陷波支路电感与所述陷波支路电阻并联，并联的一端连接在所述供电网与所述PFC电感之间，另一端连接所述陷波支路电容。
较佳的，所述直流储能单元由两个高频电容和两个直流电容均压电阻组成，所述高频电容的一端连接在所述两个箝位二极管之间，另一端连接所述整流单元的输出端以及所述逆变单元的输入端。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
本实用新型具有结构紧凑、杂散电感小、功率密度高的特点，同时采用新型的RLCD+RCD缓冲电路结构，可提高IGCT变频器的最大输出容量，适合于中高压大容量的矿井提升机变频控制应用场合。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的缓冲电路的电路图；
图3为基于本实用新型的电路的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型提供的一种基于IGCT的变频电路，包括供电网PG和交流同步电机G/M，还包括依次连接在所述供电网与所述交流同步电机之间的：滤波单元1、整流单元2、直流储能单元3以及逆变单元4。
整流单元2与逆变单元4均由三组中性点钳位三电平功率模块组成，中性点钳位(Neutral Point Clamped,NPC)三电平功率模块包括：四个带反并联二极管的IGCT、两个箝位二极管以及两个缓冲电路组成，且共用直流母线。四个带反并联二极管的IGCT串联，两端分别连接一个缓冲电路，两个箝位二极管串联且与中间两个带反并联二极管的IGCT并联。整流单元2的中性点钳位三电平功率模块的中点作为输入端连接滤波单元1，逆变单元4的中性点钳位三电平功率模块的中点作为输出端连接交流同步电机。
滤波单元1为LCL滤波单元，每一相由PFC电感、陷波支路电感、陷波支路电容和陷波支路电阻组成。PFC电感一端连接供电网，另一端连接整流单元，陷波支路电感与陷波支路电阻并联，并联的一端连接在供电网与PFC电感之间，另一端连接陷波支路电容。
直流储能单元3是交直交变频器电磁能量传递过程的中转环节，由两个高频电容和两个直流电容均压电阻组成，高频电容的一端连接在两个箝位二极管之间，另一端连接整流单元的输出端以及逆变单元的输入端。
如图2所示，每个缓冲电路包括RLCD缓冲电路以及RCD缓冲电路。在经典RLCD缓冲电路的基础上增加RCD缓冲电路，适当改变RCD缓冲电路参数可以进一步发挥IGCT器件的应用潜力，用于吸收内、外管IGCT关断瞬态过程产生的能量。
RLCD缓冲电路由缓冲电阻R1、缓冲电感L1、缓冲电容C1和缓冲二极管D1组成。缓冲电阻R1与缓冲二极管D1串联并与缓冲电感L1并联，缓冲电感L1的第一连接端及缓冲电容C1的第一连接端构成RLCD缓冲电路的输入端，缓冲电容C1的第一连接端连接零电平，缓冲电容C1的第二连接端连接在缓冲电阻R1与缓冲二极管D1之间，缓冲电感L1的第一连接端连接正电平或负电平；缓冲电感L1的第二连接端构成RLCD缓冲电路的输出端，连接IGCT。
RCD缓冲电路由缓冲电容C2、缓冲二极管D2和缓冲电阻R2组成。缓冲电容C2的一端连接缓冲电感L1的第二连接端，缓冲电容C2的另一端通过并联的缓冲二极管D2和缓冲电阻R2连接到IGCT和箝位二极管之间。
本实施例中：
供电网PG电压为6kV，中性点钳位三电平功率模块中IGCT选取型号为5SHY 35L4520,规格为4500V/4000A，反并联二极管、箝位二极管、缓冲吸收二极管选取型号为D1331SH的快恢复二极管；连接在箝位二极管两端的箝位电阻确保功率单元输出端可靠箝位至零电平，所选电阻均为水冷电阻。
直流储能单元3的两个高频电容均采用EPCOS公司生产的型号为B25856的电容，每个高频电容的直流电压可达2500V。
如图3所示，在上述电路结构的基础上，本实用新型的变频电路还可以设计电路，电路采用数字信号处理芯片DSP结合现场可编程门阵列FPGA实现，电路是基于FPGA的高性能三电平SPWM全数字化脉宽发生电路，包括控制信号接收、正弦调制波发生模块、同步信号发生模块、开关时间计算模块以及最后的PWM输出控制模块等功能模块。图3中，控制信号接收模块5，FPGA利用缓存先保存DSP逐一传送过来的控制参数，当DSP返校成功后，将各参数同时投入到SPWM算法之中；正弦调制波发生模块6利用FPGA内部的丰富资源，直接采用数字查表的办法实现正弦波的发生。将0-90°之间的正弦函数每0.05°取一个点,精度为12位,保存在FPGA内部的ROM块中。同步信号发生模块7，不对称规则采样在三角波顶点和底点完成正弦调制波的采样以及各种计算,三角载波的频率确定以后(三角载波的频率与功率器件的开关频率相等)，FPGA程序将在三角波顶点和底点的时刻产生一个同步信号。开关时间计算模块8，在FPGA中三角波利用计数器产生，计数器按照FPGA的时钟信号进行累加，一旦数值达到半个三角波周期时间所对应的数值，则输出同步信号，并且将三角波计数器清零，开关时间计算，正弦波查表均以该同步信号为基准。PWM输出模块9，包括控制信号状态确定、各种死区状态设置和超调制处理，最终输出24路PWM脉冲信号。
在本实用新型实施例中，试验系统的性能指标为：静态精度0.1％，调速误差小于0.01％，电流动态响应时间<10mS，速度动态响应时间<100mS。所述基于FPGA的数字化电路增强了系统运算能力、提高了脉宽输出精度、缩短了控制响应时间、改善了系统安全稳定性。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。