【摘 要】
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近年来,交流变频调速系统凭借卓越的调速性能和优越的控制效果,逐步取代直流拖动系统并成为最有前途的调速方式。永磁同步电动机与感应电动机比较可以进一步提升效率与控制效果,研制永磁同步电动机调速系统具有重要意义。另一方面,由于煤矿井下存在瓦斯、粉尘等易爆物质,通用变频器不能直接应用在生产中。因此,发展矿用煤矿大功率隔爆变频器具有重要意义。本文以1140V/200k W矿用变频器为研究对象,针对矿用变频器
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近年来,交流变频调速系统凭借卓越的调速性能和优越的控制效果,逐步取代直流拖动系统并成为最有前途的调速方式。永磁同步电动机与感应电动机比较可以进一步提升效率与控制效果,研制永磁同步电动机调速系统具有重要意义。另一方面,由于煤矿井下存在瓦斯、粉尘等易爆物质,通用变频器不能直接应用在生产中。因此,发展矿用煤矿大功率隔爆变频器具有重要意义。本文以1140V/200k W矿用变频器为研究对象,针对矿用变频器的硬件选型、损耗计算、温度场分析以及软件设计等方面展开了系统的研究工作,主要研究内容如下:首先,针对两象限交-直-交变频调速系统拓扑结构,提出一种考虑电源变压器影响的主功率器件选型方案。对主功率器件进行了选型研究,给出了主功率器件的选择依据。在此基础上,对1140V/200k W矿用变频器主功率器件在不同负载下的损耗展开了解析计算,给出了IGBT、Diode损耗、结温、壳温等计算结果,为变频调速系统温度场的分析奠定了基础。其次,对FF400R33KF2C型号IGBT模块内部结构、热路模型,传热方式、换热系数等进行了分析并设计了一台水冷散热器;基于Solidworks三维建模工具,对1140V/200k W矿用变频器的结构展开了设计,主要包括IGBT、整流二极管、母线电容器、霍尔电流传感器等,为变频调速系统温度场的分析进一步奠定了基础。再次,基于ANSYS WORKBENCH有限元软件,对1140V/200k W矿用变频器主功率部分进行流固耦合仿真。给出了具体的数学模型与控制方程,在此基础上,对温度场与流体场进行了建模与仿真,给出了主功率器件的温度分布云图,并对影响散热器散热性能的因素进行了讨论。最后,对1140V/200k W矿用变频器软件系统展开了设计研究,对永磁同步电动机在不同坐标系下的数学模型、SVPWM调制技术、PI调节器参数计算等进行了推导。基于PSIM软件,对1140V/200k W矿用变频器展开了仿真研究,给出了具体设计过程与仿真结果,仿真结果验证了所提方案的正确性。
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