一种具有在线备份相模块的ACD三电平变频器的制作方法

一种具有在线备份相模块的acd三电平变频器
技术领域
1.本发明属于中低压变频器控制技术，提出一种具有在线备份相模块的acd三电平变频器，所述acd是ac drivers（交流驱动或交流多传动）的简称。所述中低压通常指的是电压等级为3.3kv及以下，包括0.66kv、1.14kv、2.3kv等。


背景技术：

2.一些机械设备要求中途不能停机或停机时间近可能的短，例如，矿井提升机、高炉炉料卷扬机、大中型带式输送机、大中型矿井通风机，等等。传统的三电平变频器将功率器件igbt装配于一个或两个散热器上，形成三相整流桥和三相逆变桥。因过电压、过电流等原因，功率器件igbt等比较薄弱，出现故障或损坏的概率较高。如果变频器在使用中途出现故障，就得先查找并判定故障点，通过更换损坏的元器件将变频器修好，重新投入使用，造成因故停机的时间较长或不确定，将影响生产效率和人身安全；如果所损坏的元器件因备件短缺，或者，离线保存备件因保存不善或环境等因素造成备件特性下降，因故停机的时间将更长。例如，运送人员的矿井提升机在中途因故停机，提升容器中的乘员就被困在井筒中间，长时间的滞留，可能造成乘员情绪的躁动，安全隐患随停机的时长而增加；又如，具有高瓦斯的矿井通风系统，如果长时间停机，可能造成瓦斯突出，将直接威胁区域内工作人员的生命安全。
3.也有个别传统的三电平变频器将相中功率器件进行模块化设计和封装，但模块是离线备份，因储存和测试等条件的限制，备份模块的性能无法保障，经常发生用时才发现备用模块也不好用的情况，耽误变频器的修复时间。


技术实现要素：

4.为了克服传统的三电平变频器因故修复时间不确定的缺点，本实用新型提出一种具有在线备份相模块的acd三电平变频器。
5.本实用新型采取以下技术方案完成其发明目的：
6.一种具有在线备份相模块的acd三电平变频器，acd三电平变频器具有作为基本功率单元进行模块化设计、封装和接口的相模块；所述的相模块至少为七个：其中三个相模块组成整流桥、三个相模块组成逆变桥，还有至少一个相模块作为整流桥或逆变桥的在线备份相模块，一旦整流桥或逆变桥有相模块出现故障，将备份的相模块替代故障的相模块，所述acd三电平变频器可在最短的时间内恢复运行；将故障的相模块退出，离线进行维修，故障的相模块返修合格后作为备份相模块及时恢复在线待机运行，循环使用；所述相模块由相主回路和相触发器组成，作为相互可替代的基本功率单元；所述相主回路主要由上桥臂串联的igbt1、igbt2、下桥臂串联的igbt3和igbt4，以及两只钳位二极管z1、z2组成，并紧固于一个散热器上，与所述相触发器一同封装于可移动拆装的抽屉或组件中；所述相主回路中，四只igbt按发射极-集电极依次进行串联，两只钳位二极管z1和z2按阳极-阴极串联，z1的阴极与上桥臂的igbt1的发射极、igbt2的集电极连接在一起，z2的阳极与下桥臂的igbt3的发
射极、igbt4的集电极连接在一起，形成典型的二极管中性点钳位的三电平电路；所述相主回路形成四个动力端子：“+e、~、-e、0”，分别是：所述上桥臂igbt1的集电极出线端子为“+e”，igbt2的发射极与所述下桥臂igbt3的集电极相连后出线端子为“~”，所述下桥臂igbt4的发射极出线端子为
“‑
e”，两只钳位二极管z1的阳极和z2的阴极串联后出线端子为“0”；所述相触发器的触发信号线分别连至所述上桥臂igbt1、igbt2和下桥臂igbt3、igbt4的栅极，为所述igbt提供触发信号。
7.所述整流桥由三个相模块和一个整流桥控制器组成，将三个所述相主回路的“~”端子通过母排或动力电缆分别与网侧三个输入端子相连，形成所述acd三电平变频器的三个输入端；将对应的三个所述相触发器的光纤端口通过光纤与所述整流桥控制器光纤端口相连接，所述相触发器接收来自所述整流桥控制器的控制信号，并将所述整流桥的运行参数包括故障信息传递给所述整流桥控制器，确保所述整流桥的安全运行。
8.同样，所述逆变桥由三个相模块和一个逆变桥控制器组成，将三个所述相主回路的“~”端子通过母排或动力电缆分别与电机侧三个输出端子相连，形成所述acd三电平变频器的三个输出端；将对应的三个所述相触发器的光纤端口通过光纤与所述逆变桥控制器光纤端口相连接，所述相触发器接收来自所述逆变桥控制器的控制信号，并将所述逆变桥的运行参数包括故障信息传递给所述整流桥控制器，确保所述整流桥的安全运行。
9.所述在线备份相模块至少为一个，所述“+e”、
“‑
e”和“0”为层叠母排的三极，通过所述层叠母排将所述整流桥和逆变桥以及所述在线备份相模块的“+e”、
“‑
e”和“0”三极联接在一起，形成所述具有在线备份相模块的acd三电平变频器的直流母排+e、-e和0三极，使得所述备份相模块能够处于在线待机状态。
10.所述在线备份相主回路端子“~”、“0”和相触发器的光纤端口均处于闲空状态，所述具有在线备份相模块的acd三电平变频器运行过程中，确保所述在线备份相模块处于在线待机状态，具备能够随时替补故障相模块的能力。
11.所述整流桥或逆变桥中所述相模块一旦出现故障，在停电状态下，用所述备份相模块取代所述故障相模块，将所述故障相模块移除并离线维修；所述故障相模块返修合格后，作为备份相模块，恢复在线运行，周而复始，循环使用，确保所述acd三电平变频器处于完好状态并经常具有所述在线备份相模块。
12.所述相主回路四个动力端子“+e、~、-e、0”为快速插接端子或快速拆装的紧固件，确保所述相模块的拆装方便、快速。
13.所述散热器为风冷散热器和水冷板两种型式。
14.本实用新型提出一种具有在线备份相模块的acd三电平变频器，按相模块作为基本功率单元进行模块化设计、封装和接口，在线备份至少一个相模块。由三个所述相模块组成整流桥，三个所述相模块组成逆变桥，一旦整流桥或逆变桥中所述相模块出现故障，在停电的状态下，用备份的相模块进行替换。所述故障相模块离线维修，返修合格后，作为备份相模块恢复在线运行，周而复始，循环使用。缩短了所述acd三电平变频器因故修复时间，提高了生产效率并降低了因故带来的风险和安全隐患，具有一定的社会和经济效益显著。
附图说明
15.图1具有在线备份相模块的acd三电平变频器原理示意图；
16.图2二极管中性点钳位acd三电平相模块原理示意图。
17.图中：1、相模块主回路，2、相触发器，3、整流桥控制器，4、逆变桥控制器，5、整流桥，6、逆变桥，7、在线备份相模块。
具体实施方式
18.结合附图对本实用新型实施例加以说明：
19.在图中，本实用新型提出一种具有在线备份相模块的acd三电平变频器，按相模块作为基本功率单元进行模块化设计、封装和接口，由三个相模块组成整流桥，由另外三个相模块组成逆变桥，同时设有一个及以上的相模块作为在线备份。一旦整流桥或逆变桥有相模块出现故障，将备份的相模块替代故障的相模块，所述acd三电平变频器可在最短的时间内恢复运行，将故障的相模块退出，离线进行维修，故障的相模块返修合格后作为备份相模块及时恢复在线待机运行，循环使用。
20.所述相模块由相主回路1和相触发器2组成，作为相互可替代的基本功率单元；所述相主回路1主要由上桥臂串联的两只igbt（igbt1和igbt2）、下桥臂串联的两只igbt（igbt3和igbt4），以及两只钳位二极管（z1和z2）组成，并紧固于一个散热器上，与所述相触发器2一同封装于可移动拆装的抽屉或组件中；所述相主回路1中，四只igbt按发射极-集电极依次进行串联，两只钳位二极管z1和z2按阳极-阴极串联，z1的阴极与上桥臂的igbt1的发射极、igbt2的集电极连接在一起，z2的阳极与下桥臂的igbt3的发射极、igbt4的集电极连接在一起，形成典型的二极管中性点钳位的三电平电路；所述相主回路1形成四个动力端子：“+e、~、-e、0”，分别是：所述上桥臂igbt1的集电极出线端子为“+e”，igbt2的发射极与所述下桥臂igbt3的集电极相连后出线端子为“~”，所述下桥臂igbt4的发射极出线端子为
“‑
e”，两只钳位二极管z1的阳极和z2的阴极串联后出线端子为“0”。所述相触发器2的触发信号线分别连至所述上桥臂igbt1、igbt2和下桥臂igbt3、igbt4的栅极，为所述igbt提供触发信号。
21.所述整流桥5由三个相模块和一个整流桥控制器3组成，将三个所述相主回路1的“~”端子通过母排或动力电缆分别与网侧三个输入端子相连，形成所述acd三电平变频器的三个输入端r、s、t；将对应的三个所述相触发器的光纤端口通过光纤与所述整流桥控制器3光纤端口r、s、t相连接，所述相触发器2接收来自所述整流桥控制器3的控制信号，并将所述整流桥5的运行参数包括故障信息传递给所述整流桥控制器3，确保所述整流桥5的安全运行。
22.同样，所述逆变桥6由三个相模块和一个逆变桥控制器4组成，将三个所述相主回路1的“~”端子通过母排或动力电缆分别与电机侧三个输出端子相连，形成所述acd三电平变频器的三个输出端u、v、w；将对应的三个所述相触发器2的光纤端口通过光纤与所述逆变桥控制器4光纤端口u、v、w相连接，所述相触发器2接收来自所述逆变桥控制器4的控制信号，并将所述逆变桥6的运行参数包括故障信息传递给所述整流桥控制器4，确保所述整流桥6的安全运行。
23.所述在线备份相模块7至少为一个，所述“+e”、
“‑
e”和“0”为层叠母排的三极，通过所述层叠母排将所述整流桥5和逆变桥6以及所述在线备份相模块7的“+e”、
“‑
e”和“0”三极联接在一起，形成所述具有在线备份相模块的acd三电平变频器的直流母排的+e、-e和0三极，使得所述备份相模块7能够处于在线待机状态。
24.所述在线备份相主回路1端子“~”和相触发器2的光纤端口均处于闲空状态，所述具有在线备份相模块的acd三电平变频器运行过程中，确保所述在线备份相模块7处于在线待机状态，具备能够随时替补故障相模块的能力。
25.所述整流桥5或逆变桥6中所述相模块一旦出现故障，在停电状态下，用所述在线备份相模块7取代所述故障相模块，将所述故障相模块移除并离线维修；所述故障相模块返修合格后，作为备份相模块，恢复在线运行，周而复始，循环使用，确保所述acd三电平变频器处于完好状态并经常具有所述在线备份相模块7。
26.所述相主回路1四个动力端子“+e、~、-e、0”为快速插接端子或快速拆装的紧固件，确保所述相模块的拆装方便、快速。
27.所述散热器为风冷散热器和水冷板两种型式。
28.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。