适合两种电压供电的防爆变频器整流电路

摘要

本发明公开了一种适合两种电压供电的防爆变频器整流电路，包括主整流电路和次整流电路；主整流电路是传统三相全桥整流电路，包括整流二极管、滤波电容器、均压电阻；次整流电路是对主整流电路提出的新技术方案，其在主整流电路上增加了输入电压转换接触器、防逆二极管，通过对三相交流电正负半周整流后电压叠加，使得直流母线电压得以提升，供逆变单元运行。采用了本发明的上述结构后，可使一台1140V防爆变频器拥有可切换的两套整流单元电路，从而可以使所述整流单元提供不受输入电压影响的，可供1140V变频器逆变单元使用的直流电压。具有一定的应用范围和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿领域中的电子电路改进技术，尤其涉及一种适合两种电压供电的防爆变频器整流电路。

背景技术

目前我国煤矿井下的低压用电设备，主要由660V和1140V两种电压供电，两种供电电压之间的关系是：根号三倍；煤矿井下生产设备上的矿用防爆电机，则根据采煤工作面的供电电压不同，选择星型(1140V)或三角型(660V)接法，以应对两种不同电压供电的条件下运转；煤矿井下的防爆软起动和防爆开关，都配有电压转换按钮，既能在660V供电的设备上使用，也能在1140V供电的设备上使用，通用性和互换性强，适应在不同的供电电压的采煤工作面使用，目前国有煤碳企业对采煤设备的管理方式，采用向生产单位租赁式的管理结算模式，这种通用性和互换性强的电气设备，有利于煤碳企业设备租赁站的储备和管理。

传统普通三相桥式整流电路参见图1，三相桥式整流器是由6只二极管构成，具有三个交流输入端和两个整流输出端；三个交流输入端分别为端子L1、L2和L3，两个直流输出端分别为端子P和端子N。随着科技进步，节能降耗先进技术的推广，煤矿井下使用防爆变频器的设备越来越多，目前煤矿井下使用的低压防爆变频器，采用通用的“交-直-交”结构，既三相交流电输入至变频器的整流单元，经三相全波整流后，变为直流电，直流电在直流母线上经电容组滤波后(无直流电抗器)，通过P、N点，输送给逆变单元，再经过逆变单元PWM波输出，形成频率和电压可变的交流电来驱动交流电动机(参见化学工业出版社-2012《矿用防爆变频器和软启动器应用》/张选正陈乐萌编著，第100页2.1.5 通用变频器电气原理图)。

但目前的变频器，每台只能匹配一种电压供电，既660V的防爆变频器只能在660V供电的设备上使用，1140V的防爆变频器只能在1140V供电的设备上使用，这两种电压的防爆变频器，所驱动的防爆电机型号则是一样的，只是根据防爆变频器的电压等级不同，防爆电机改变星型(1140V)或三角型(660V)接法，达到与防爆变频器输出的电压匹配。

现有的技术中，不利于采煤设备的替换或转场使用，通用性不强，备品备件多，占用仓库面积大，煤企租赁站的资金运营成本和管理成本高。

煤矿井下巷道狭小，大型设备运输困难，迫切需要一种配有适合两种供电电压的防爆变频器的采煤设备，以提高设备互换性，降低井下运输工人劳动强度，节约运输成本、使用成本和管理成本。

针对以上情况，现有技术中也有提出了改进的方案，即在以上技术的基础上，添加一台隔爆变压器，通过隔爆变压器次级绕组，获得同防爆变频器匹配的三相电压，如图2所示；但其缺点在于，增加的隔爆变压器体积庞大，机身重，运输困难，隔爆变压器在工作时，其自身还有较高的电力损耗，此方案不利于节能降耗。另一种做法，是在防爆变频器的直流母线上，加装DC-DC升压电路，使变频器的直流母线电压达到1140V变频器逆变端的运行条件，如图3所示；其缺点在于，直流电抗器体积较大，发热严重，防爆变频器壳体的散热能力有限，壳体内不宜放置；直流升压电路的IGBT工作频率较高，与工作中变频器逆变端的IGBT相互干扰，会造成直流母线上纹波电压升高，对变频器的开关器件易造成损害；其控制电路板繁琐复杂，元器件多，不利于维护，电磁兼容性能更难处理，影响防爆变频器在使用中的稳定性。

若通过增加一些体积小、寿命长、发热少、消耗能量少、电磁兼容性好、易 维护的通用元器件，用简单的控制电路，不降低原防爆变频器的可靠性，不增加太多成本，使得防爆变频器能适合两种电压供电使用，开发这种防爆变频器很有必要。

因此，需要研究一种效率更高、可靠性更强、成本更低的适合两种三相电压供电的整流电路。

发明内容

为了解决现有技术中存在问题，本发明提供本发明实施例能够提供一种适合两种电压供电的防爆变频器整流电路，且不会引起明显的额外消耗，也不存在复杂的控制电路，工作效率和可靠性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适合两种电压供电的防爆变频器整流电路，包括主整流电路和次整流电路；主整流电路是传统三相全桥整流电路，包括整流二极管、滤波电容器、均压电阻；次整流电路是对主整流电路提出的新技术方案，其在主整流电路上增加了输入电压转换接触器、防逆二极管，通过对三相交流电正负半周整流后电压叠加，使得直流母线电压得以提升，供逆变单元运行。具体连接关系为：三相交流电输入端L1接整流二极管一正极和整流二极管二负极，整流二极管一负极接防逆二极管一正极，防逆二极管一负极接直流母线P，整流二极管一负极接电容一、电容二和整流二极管二正极，整流二极管二正极接防逆二极管二负极，防逆二极管二正极接直流母线N；三相交流电输入端L2接整流二极管三正极和整流二极管四负极，整流二极管三负极接防逆二极管三正极，防逆二极管三负极接直流母线P，整流二极管三负极接电容三、电容四和整流二极管四正极，整流二极管四正极接防逆二极管四负极，防逆二极管四正极接直流母线N；三相交流电输入端L3接整流二极管五正极和整流二极管六负极，整流二极管五负极接防逆二极管五正极，防逆二极管 五负极接直流母线P，整流二极管五负极接电容五、电容六和整流二极管六正极，整流二极管六正极接防逆二极管六负极，防逆二极管六正极接直流母线N；接触器的常开接点一的一端与电容一、电容二的公共端连接，另一端与所述整流二极管三的正极连接；接触器的常开接点二的一端与电容三、电容四的公共端连接，另一端与所述整流二极管五的正极连接；接触器的常开接点三的一端与电容五、电容六的公共端连接，另一端与所述整流二极管一的正极连接。当接触器的三个常开接点都断开时，该电路作为普通整流电路对外输出直流电，电容具有滤波作用，控制使接触器的三个常开接点都闭合时，电容具有储能作用，三相交流电的正半周期和负半周期电压叠加，使最上端电容与最下端电容之间电压增倍，从而直流母线P和N之间电压升高。

本发明的有益效果是：

采用了本发明的上述结构后，可使一台1140V防爆变频器拥有可切换的两套整流单元电路，从而可以使所述整流单元提供不受输入电压影响的，可供1140V变频器逆变单元使用的直流电压。

本发明电路结构简单，只增加了防反充二极管和旁路接触器，元件易购，寿命长，便于操作和维护，推广性强，解决了防爆变频器不能适用两种供电电压的弊端，在我国煤矿井下中低压供电电压仍在使用两种电压的现状下，增加了使用防爆变频器的范围，可使防爆变频器的普及率得提升，减少了设备更换或转场遇到的电压不符问题，提高了设备的通用性，减少了防爆变频器备品备件的库存量，不再需要储备660V防爆变频器，只需储备1140V一种包括所述本发明电路的防爆变频器，即可适用660V/1140V任意一种电压供电的防爆变频器使用场合，有利于煤碳企业租赁站的运营管理，具有一定的应用范围和经济效益。

附图说明：

图1是传统普通三相桥式整流电路示意图；

图2是传统普通三相桥式整流电路示意图(通过变压器次级绕组匹配变频器输入电压)；

图3是传统普通三相桥式整流电路示意图(通过DC-DC升压电路匹配变频器逆变端直流输入电压)；

图4是本发明提供的适合两种电压供电的防爆变频器整流电路连接图(660V电压输入)；

图5是本发明提供的适合两种电压供电的防爆变频器整流电路连接图(1140V电压输入)。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但并不作为对本发明的限定。

本实施例提供了一种适合两种电压供电的防爆变频器整流电路，图4和图5提供一种适合两种电压供电的防爆变频器整流电路，包括输入三相1140V电压整流电路和输入三相660V电压整流电路。主整流电路是传统三相全桥整流电路，包括整流二极管、滤波电容器、均压电阻；次整流电路是对主整流电路提出的新技术方案，其在主整流电路上增加了输入电压转换接触器、防逆二极管，通过对三相交流电正负半周整流后电压叠加，使得直流母线电压得以提升，供逆变单元运行。

具体连接关系为：三相交流电输入端L1接整流二极管DZ1正极和整流二极管DZ2负极，整流二极管DZ1负极接防逆二极管DA1正极，防逆二极管DA1负极接直流母线P，整流二极管DZ1负极接电容C1、电容C2和整流二极管DZ2 正极，整流二极管DZ2正极接防逆二极管DA2负极，防逆二极管DA2正极接直流母线N；三相交流电输入端L2接整流二极管DZ3正极和整流二极管DZ4负极，整流二极管DZ3负极接防逆二极管DA3正极，防逆二极管DA3负极接直流母线P，整流二极管DZ3负极接电容C3、电容C4和整流二极管DZ4正极，整流二极管DZ4正极接防逆二极管DA4负极，防逆二极管DA4正极接直流母线N；三相交流电输入端L3接整流二极管DZ5正极和整流二极管DZ6负极，整流二极管DZ5负极接防逆二极管DA5正极，防逆二极管DA5负极接直流母线P，整流二极管DZ5负极接电容C5、电容C6和整流二极管DZ6正极，整流二极管DZ6正极接防逆二极管DA6负极，防逆二极管DA6正极接直流母线N；接触器的常开接点一的一端与电容C1、电容C2的公共端连接，另一端与所述整流二极管DZ3的正极连接；接触器的常开接点二的一端与电容C3、电容C4的公共端连接，另一端与所述整流二极管DZ5的正极连接；接触器的常开接点三的一端与电容C5、电容C6的公共端连接，另一端与所述整流二极管DZ1的正极连接。当接触器的三个常开接点KM2-1、KM2-2、KM2-3都断开时，该电路作为普通整流电路对外输出直流电，电容具有滤波作用，控制使接触器的三个KM2-1、KM2-2、KM2-3常开接点都闭合时，电容具有储能作用，三相交流电的正半周期和负半周期电压叠加，使最上端电容与最下端电容之间电压增倍，从而直流母线P和N之间电压升高。

上述整流电路，可对普通1140V防爆变频器进行改造，因普通1140V变频器的直流母线电压的正常范围在1500V-1900V之间，当设备的供电电压是1140V时，防爆变频器的整流单元按原整流电路运行，变频器直流母线电压在1600V左右，防爆变频器所驱动的电动机按星形接法(1140V)连接；当设备的供电电压是660V时，按下防爆变频器面板上的“660供电”按钮，接触器KM2线圈 得电，接触器吸合，触点KM2-1、KM2-2、KM2-3闭合，当输入的三相交流电分别为正半周时，三只正半周充电电容被分别充电，当输入的三相交流电为负半周时，三只负半周充电电容器被分别充电，三只正半周充电电容与三只负半周充电电容为串联连接结构，正半周充电电容与负半周充电电容C2者电压叠加，此时防爆变频器直流母线电压1800V左右，防爆变频器所驱动的电动机仍按星形接法(1140V)连接。

在图4中，控制接触器KM的线圈，使三个常闭节点KM-a、KM-b和KM-c都断开，六个常开节点KM-1、KM-2、KM-3、KM-4、KM-5和KM-6闭合。输入三相660V电压整流电路，属于原装变频器的传统普通三相桥式整流电路(类似图1功能)。在图5中，第二种控制方式：即控制接触器KM的线圈，使三个常闭节点KM-a、KM-b和KM-c都闭合，六个常开节点KM-1、KM-2、KM-3、KM-4、KM-5和KM-6断开。

图5电路图中，能够使整流电路的输入端，适合两种电压供电，一方面使得输入的三相1140V电压，完全按原电路，既现有技术六脉段整流，对原电路不做任何改动；另一方面，当采煤设备更换工作地点，电网电压是三相660V电压供电时，通过一个两档的660V/1140V电压选择按钮，控制一台交流接触器，让交流接触器的三个常开触点闭合，使得防爆变频器的整流电路结构改变，进而将输入的三相660V交流电压，拆分为正半周部分整流段和负半周部分整流段电路，再将正、负两个半周整流段的电路串联，使正、负两个整流段的电压叠加，使得直流母线电压达到1500V至1900V，符合1140V变频器逆变端的运行条件，实现第二种电压660V输入的，供给1140V变频器逆变单元直流电压的整流电路。

其中，所述1140V整流电路和改进的660V三相正负半周叠加整流电路具有 共同的负载。

具体实施时，所述改进的660V三相正、负半周叠加整流电路为三相半波整流后叠加电压。

参见图5，是三相正负半周叠加整流电路示意图。

三相正、负半周整流叠加电路，由6只整流模块、6只薄膜电容器、一台交流接触器和一只电压转换控制按钮组成。

采用了本发明的上述结构后，从而可以提供不受输入电压影响的，可供1140V变频器逆变单元使用的直流电源。本发明电路结构简单，只增加了二极管和接触器，元件易购，寿命长，便于操作和维护，推广性强，解决了防爆变频器不能适用两种供电电压的弊端，在我国煤矿井下中低压供电电压仍在使用两种电压的现状下，使使用变频器的范围得到了提升，减少了设备更换或转场遇到的电压不符问题，提高了设备的通用性，减少了防爆变频器备品备件的库存量，有利于煤碳企业租赁站的运营管理，具有一定的经济效益。