礦井提升機雙繞組同步電機的冗余中壓交直交變頻裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦井提升機雙繞組同步電機的冗余中壓交直交變頻裝置，主要應用于提升機的2500KW以下3KV以上交流低速同步電機，包括高壓電線、變壓器、電機繞組、變頻單元和勵磁單元，所述變頻單元包括AFE前端整流、直流母線和逆變單元，變頻單元和勵磁單元分別設計為兩組結構完全相同的并列裝置，電機定子為雙繞組結構。當兩組變頻單元同時工作時，每組供給電機的對應繞組，負載均分；當只有一組變頻裝置工作時，通過切換開關將電機定子繞組串聯(lián)或并聯(lián)，實現(xiàn)全載半速或全載全速。本發(fā)明取得的技術效果是：結構設計合理，實用性強，通過設計冗余的變頻單元和勵磁單元，以及電機定子雙繞組結構可以提高系統(tǒng)的應急性和工作效率。
【專利說明】礦井提升機雙繞組同步電機的冗余中壓交直交變頻裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機雙繞組的交直交變頻裝置，具體涉及一種用于礦井提升機雙繞組同步電機的冗余中壓交直交變頻裝置。
技術背景
[0002]目前，應用于2500KW以下的提升機調速系統(tǒng)，直流調速依然占據主導地位，但是直流調速系統(tǒng)具有諧波含量大，功率因數(shù)低等缺點，在這些方面交直交變頻調速系統(tǒng)明顯優(yōu)于直流調速，但是目前還沒有能用于2500KW以下提升機中低速交流同步電機的中壓交直交變頻調速裝置，也沒有相應的系統(tǒng)冗余方案，當變頻裝置出現(xiàn)故障時，必須要停車排除相應故障，才能恢復提升機的正常運行。所以，如何提供一種能應用于2500KW以下具有冗余特性的同步電機中壓交直交變頻調速裝置(包括變頻單元冗余和勵磁單元冗余)，既能滿足提升機的正常工作要求，又能實現(xiàn)變頻器故障狀態(tài)下的運行，進而保證提升機安全可靠高效的工作，一直是本領域技術人員需要解決的重要問題。

【發(fā)明內容】

[0003]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明解決的技術方案是:提供一種礦井提升機雙繞組同步電機的冗余中壓交直交變頻裝置，主要應用于提升機的2500KW以下3KV以上交流低速同步電機。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案包括高壓電線、變壓器、電機繞組、變頻單元和勵磁單元，所述高壓電線分別通過變壓器連接到變頻單元和勵磁單元，為變頻單元和勵磁單元提供電能；電機繞組包括轉子繞組和定子繞組，變頻單元與定子繞組相連接，勵磁單元與轉子繞組相連接，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，勵磁單元包括兩組并列的勵磁裝置。
[0005]作為優(yōu)選方案，所述勵磁單元通過切換開關與勵磁變壓器相連接，勵磁變壓器與單刀單擲開關的一端相連接，單刀單擲開關另一端連接到高壓電線，用于控制對勵磁單元的供電，包括一過壓保護裝置并聯(lián)于勵磁單元和電機轉子繞組之間。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述切換開關包括一個單刀雙擲開關和一個雙刀雙擲同步開關，觸點表示為a和b，分別連接到勵磁單元的兩端，實現(xiàn)對勵磁單元兩組裝置的切換。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述電機定子為雙繞組結構，可以通過切換開關將其連接為串聯(lián)或并聯(lián)結構。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述變壓器一端與變頻單元連接，變壓器另一端通過單刀單擲開關連接到高壓電線，用于控制對變頻單元的供電，在變頻單元內部的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，逆變單元分別通過兩個三刀單擲開關與電機定子繞組相連，在結構上兩個支路完全相同。
[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三電平拓撲結構，功率單元模塊化設計。
[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，保證各自工作的獨立性。
[0011]本發(fā)明針對交流同步電機在2500KW以下3KV以上的礦井提升機電控系統(tǒng)中的應用，變頻單元和勵磁單元分別設計為兩組結構完全相同的并列裝置，電機定子為雙繞組結構。根據變頻單元兩組裝置的工作狀態(tài)結合定子繞組的連接方式，提出了三種有效的交直交變頻調速方案:其一，當兩組變頻單元同時工作時，每組供給相應電機繞組，負載均分，實現(xiàn)全載全速；其二，當只有一組工作時，通過切換開關將電機定子雙繞組串聯(lián)，實現(xiàn)全載半速；其三，當只有一組工作時，通過切換開關將電機定子雙繞組并聯(lián)，實現(xiàn)全載全速。本發(fā)明取得的技術效果是:結構設計合理，實用性強，能夠實現(xiàn)大功率提升和滿負載運行，變頻單元和勵磁單元的冗余結構能夠提高生產效率和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了因為單個變頻單元或勵磁單元出現(xiàn)故障，必須要停車檢查和排除故障，提高系統(tǒng)的應急性和工作效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明原理結構示意圖
[0013]圖2是本發(fā)明同步電機雙繞組串聯(lián)中壓交直交變頻實施例結構示意圖
[0014]圖3是本發(fā)明同步電機雙繞組并聯(lián)中壓交直交變頻實施例結構示意圖
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進一步詳細描述。
[0016]如圖1所示為本發(fā)明裝置結構原理圖，包括高壓電線1、變壓器2、12和7、電機繞組、變頻單元11和勵磁單元8，所述高壓電線I分別連接到變頻單元11和勵磁單元8，為變頻單元11和勵磁單元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和勵磁單元8分別設計為兩組結構完全相同的并列裝置，電機繞組包括定子繞組6和轉子繞組10，其中，電機定子6為雙繞組結構，可以通過增加切換開關將其連接為串聯(lián)、并聯(lián)和兩個繞組獨立不連的三種結構。
[0017]變壓器2和12 —端與變頻單元11連接，變壓器2和12另一端通過開關SlO和S20連接到高壓電線1，用于控制對變頻單元11的供電，在變頻單元11內部的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通過開關Sll和S21分別于與電機定子兩個繞組6相連，在結構上兩個支路完全獨立且相同。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三電平拓撲結構，功率單元模塊化設計，具有諧波含量小，功率因數(shù)高等優(yōu)點。采用AFE有源前端整流保證能量反饋的4Q運行，變頻單元11的兩組直流母線4是不相連的，保證各自工作的獨立性，應用矢量控制策略同步調制各自直流母線4至同一電平，保證電機定子兩個繞組6上的電壓平衡，使提升機電機的平穩(wěn)正常運行。
[0018]正常工作時，變壓器2和12通過高壓電線I給變頻單元11的AFE前端整流3供電，經過直流母線4，由逆變單元5輸出頻率大小相等的電流，分別經過開關Sll、S21連接到同步電機的兩個定子繞組6，此時變頻單元11的兩組裝置同時工作，每組供給相應電機繞組6，提升機電機運行在全載全速狀態(tài)，負載均分。[0019]勵磁單元8與變壓器7相連接，變壓器7與開關S30的一端相連接，開關S30的另一端連接到高壓電線1，用于控制對勵磁單元8的供電，在勵磁單元8兩端分別連接一個單刀雙擲開關S4和一個雙刀雙擲開關S5，觸點表示為a和b，實現(xiàn)對勵磁單元8的兩組裝置切換，勵磁單元8通過開關S5與同步電機轉子繞組10相連，提供轉子10的勵磁電流。在勵磁單元8的輸出端并聯(lián)過壓保護裝置9，可以防止整流輸出電壓過大而損壞轉子繞組10。
[0020]正常工作時，變壓器7通過高壓電線I給勵磁單元8供電，勵磁單元8經整流電路輸出勵磁電流給同步電機的轉子繞組10，電機正常運行。當勵磁單元8左邊的勵磁裝置故障時，通過閉合開關S4和S5到觸點b，使右邊的勵磁裝置接入電路提供同步電機運行所需要的勵磁電流，可以對左邊的勵磁裝置進行故障維修，避免單個勵磁裝置故障時必須要停機；同樣，當勵磁單元8右邊的勵磁裝置故障時，通過閉合開關S4和S5到觸點a，使左邊的勵磁裝置接入電路提供同步電機運行所需要的勵磁電流。
[0021]如圖2所示，為同步電機雙繞組串聯(lián)中壓交直交變頻實施例結構示意圖，圖中電機定子雙繞組6的連接相對于圖1增加了兩個三刀雙擲開關S12和S22，觸點表示為a和b，其它部分沒有改變。當變頻單元11的兩組裝置正常工作時，電機定子繞組的連接如圖1，每組裝置供給相應電機繞組6，提升機電機運行在全載全速狀態(tài)，負載均分。當變頻單元11的一組變頻裝置故障時，通過切換開關S11、S12、S21和S22將電機定子繞組串聯(lián)，由另一組變頻裝置單獨供電，實現(xiàn)電機的全載半速運行。
[0022]具體是當變頻單元11左邊的變頻裝置故障時，可以切換開關Sll斷開、S21閉合、S12和S22分別閉合到a觸點和b觸點，此時定子雙繞組6串聯(lián)，由右邊變頻裝置單獨供電工作，電機運行在全載半速狀態(tài)，可以避免單個變頻裝置時必須要設備停機，提高系統(tǒng)的應急性和工作效率，而且通過斷開左邊主回路進線開關SlO和閉合其輸出接地開關，使裝置完全脫電，對其進行故障維修。同樣，當變頻單元11右邊的變頻裝置故障時，可以切換開關Sll閉合、S21斷開、S12和S22分別閉合到b觸點和a觸點，此時定子雙繞組6串聯(lián)，由左邊變頻裝置單獨供電工作，電機運行在全載半速狀態(tài)。
[0023]如圖3所示，為同步電機雙繞組并聯(lián)中壓交直交變頻實施例結構示意圖，圖中電機定子雙繞組6的連接相對于圖1增加了一組單刀單擲開關S3，其它部分沒有改變。當變頻單元11的兩組裝置正常工作時，電機定子繞組的連接如圖1，每組裝置供給相應電機繞組6，提升機電機運行在全載全速狀態(tài)，負載均分。當變頻單元11的一組變頻裝置故障時，通過切換開關S3、Sll和S21將電機定子繞組并聯(lián)，由另一組變頻裝置單獨供電，實現(xiàn)電機的全載全速運行。
[0024]具體是當變頻單元11左邊的變頻裝置故障時，可以切換開關S21和S3閉合，Sll斷開，此時定子雙繞組6并聯(lián)，由右邊變頻裝置單獨供電工作，電機運行在全載全速狀態(tài)，可以避免單個變頻裝置時必須要設備停機，提高系統(tǒng)的應急性和工作效率，而且通過斷開左邊主回路進線開關SlO和閉合其輸出接地開關，使裝置完全脫電，對其進行故障維修。同樣，當變頻單元11右邊的變頻裝置故障時，可以切換開關Sll和S3閉合，S21斷開，此時定子雙繞組6并聯(lián)，由左邊變頻裝置單獨供電工作，電機運行在全載全速狀態(tài)。
[0025]圖2和圖3所示，圖中右側的勵磁單元回路完全同圖1，工作模式也同圖1，不再冗述。
[0026]以上是對本發(fā)明所提供的技術方案的【具體實施方式】進行的詳細介紹。[0027]應當注意，上述實施例是為了說明而不是限制本發(fā)明，那些本領域技術人員將能夠在不背離所附權利要求的范圍的條件下設計許多可選實施例。詞語“包含”不排除那些與權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“一”或“一個”不排除多個這種元件的存在，在列舉幾種電路權利要求中，這些裝置中的幾個可以由一個來表現(xiàn)，硬件項也是同樣，僅僅因為某些方法是在不同的從屬權利要求中描述的，并不說明這些方法的組合不能用來獲利。
[0028]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序，而且，術語“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程、方法、物品或者設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程、方法、物品或者設備所固有的要素，術語“相連”、“連接”、“連接到”或者其他變體，不僅僅包括將兩個實體直接相連接，也包括通過具有有益改善效果的其他實體間接相連接。
【權利要求】
1.礦井提升機雙繞組同步電機的冗余中壓交直交變頻裝置，包括高壓電線、變壓器、電機繞組、變頻單元和勵磁單元，所述高壓電線分別通過變壓器連接到變頻單元和勵磁單元，為變頻單元和勵磁單元提供電能；電機繞組包括轉子繞組和定子繞組，變頻單元與定子繞組相連接，勵磁單元與轉子繞組相連接，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，勵磁單元包括兩組并列的勵磁裝置。
2.根據權利要求1所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述勵磁單元通過切換開關與勵磁變壓器相連接，勵磁變壓器與單刀單擲開關的一端相連接，單刀單擲開關另一端連接到高壓電線，用于控制對勵磁單元的供電，包括一過壓保護裝置并聯(lián)于勵磁單元和電機轉子繞組之間。
3.根據權利要求2所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述切換開關包括一個單刀雙擲開關和一個雙刀雙擲同步開關，觸點表示為a和b，分別連接到勵磁單元的兩端，實現(xiàn)對勵磁單元兩組裝置的切換。
4.根據權利要求1所述的交直交變頻裝置，其特征在于:所述電機定子為雙繞組結構，可以通過切換開關將其連接為串聯(lián)或并聯(lián)結構。
5.根據權利要求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，變壓器另一端通過單刀單擲開關連接到高壓電線，用于控制對變頻單元的供電，在變頻單元內部的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,逆變單元分別通過兩個三刀單擲開關與電機定子繞組相連，在結構上兩個支路完全相同。
6.根據權利要求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三電平拓撲結構，功率單元模塊化設計。
7.根據權利要求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，保證各自工作的獨立性。
【文檔編號】H02P25/16GK103580584SQ201310439046
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】吳旭, 李權任, 蘇新村, 劉蒙, 張朝君, 何榮 申請人:上海華菱電站成套設備有限公司