三电平高压大功率水冷变频器系统论文和设计-谭国俊

全文摘要

本实用新型涉及一种三电平高压大功率水冷变频器系统，包括：水冷滤波器柜、可拓展的桥臂并联变频器柜、全数字调节柜、水冷励磁绕组系统柜、水循环散热系统柜；所述水冷滤波器柜、可拓展的桥臂并联变频器柜、全数字调节柜、水冷励磁绕组系统柜、水循环散热系统柜从左至右相互组装并柜形成一套完整的高压大功率水冷变频器系统，其中：所述水冷滤波器柜降低输入高次谐波，用于平滑滤波；抑制桥臂并联系统因为超长距离输入造成的谐波干扰；所述水冷励磁绕组系统柜通过可控硅整流模组不同组装方式实现单\/双套三相6脉冲可控硅整流励磁绕组系统功能。本实用新型有效提高了空间利用，进一步提供“基于双桥臂功率单元的变频器”系统一个更加稳定的运行条件。

主设计要求

1.一种三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，包括：水冷滤波器柜、可拓展的桥臂并联变频器柜、全数字调节柜、水冷励磁绕组系统柜、水循环散热系统柜；所述水冷滤波器柜、可拓展的桥臂并联变频器柜、全数字调节柜、水冷励磁绕组系统柜、水循环散热系统柜从左至右相互组装并柜形成一套三电平高压大功率水冷变频器系统。

设计方案

2.根据权利要求1所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述水冷滤波器柜包含高压大功率水冷电抗器、环流电抗器模组、扰流风机、滤波器柜体；所述高压大功率水冷电抗器安装在滤波器柜体内部下侧；所述环流电抗器模组安装在滤波器柜体左右固定梁上；所述扰流风机安装在滤波器柜门上部；所述高压大功率水冷电抗器、环流电抗器模组、扰流风机通过连接机构安装在滤波器柜体相应位置。

3.根据权利要求2所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述高压大功率水冷电抗器采用新型的水电分离式、箔绕工艺水冷电抗器。

4.根据权利要求2所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述环流电抗器模组由六个空心电抗器组成，两个一组，进线端通过铜排串并联连接到水冷电抗器，出线端通过铜排串并联连接到桥臂并联整流变频器系统。

5.根据权利要求1所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于：所述水冷励磁绕组系统柜包含三相6脉冲可控硅整流模组、过压吸收保护模组、控制模组、双系统切换模组、励磁绕组柜体；所述三相6脉冲可控硅整流模组设置安装在励磁绕组柜体上部左或中侧，所述过压吸收保护模组设置在励磁绕组柜体上部右侧，所述控制模组设置在三相6脉冲可控硅整流模组的下部；所述双系统切换模组设置在控制模组后侧；所述三相6脉冲可控硅整流模组、过压吸收保护模组、控制模组、双系统切换模组通过连接机构安装在励磁绕组柜体相应位置。

6.根据权利要求5所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述三相6脉冲可控硅整流模组包括水冷散热器、单元外壳、可控硅、阻容吸收、脉冲功放板所述可控硅、阻容吸收、脉冲功放板通过连接机构安装在水冷散热器一侧。

7.根据权利要求6所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述水冷散热器设计双面安装结构，所述可控硅为三支双管可控硅，分别安装在三块铜排上，所述阻容吸收包含六个吸收电容、六个吸收电阻，两两串并联分布在每支可控硅连接的铜排上。

8.根据权利要求7所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述阻容吸收为新型薄膜电容，通过连接机构安装在可控硅连接的铜排上，吸收电阻通过螺栓安装在与水冷散热器对应流道散热处。

9.根据权利要求6所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，还包括温度监控PT，所述温度监控PT通过连接机构安装在水冷散热器上下居中靠进进出口侧位置。

10.根据权利要求5所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述控制模组由脉冲分配板、继电器、开关电源、绝缘监视仪、温度监控仪、电压互感器组成，所述脉冲分配板、继电器、开关电源、绝缘监视仪、温度监控仪、电压互感器组装在一个安装板上，形成一个控制模组。

设计说明书

技术领域

本发明涉及一种变频器，具体涉及一种三电平可拓展桥臂并联高压大功率水冷变频器，属于电气控制结构部件技术领域。

背景技术

目前大功率变频器应用技术（CN201711497980.0发明专利）已经比较成熟，大多数都可以满足模块化维护、功率元器件的散热效率，极大的解决空间利用问题；通过双桥臂功率单元模组内部左右桥臂并联、双桥臂功率单元模组并联等不同方式、数量进行组合，灵活多样化实现变频器多种输出功率的拓展，适应不同输出功率需求的应用场合。但是现有技术变频器在使用过程中，经常会受到来自浪涌电流和浪涌电压的冲击，会严重损坏变频器的性能和使用寿命；变频器在超长距离输入造成的谐波干扰；励磁绕组系统的空间利用占据较大的使用空间，并且散热性能较差影响晶闸管的使用寿命。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提一种三电平高压大功率水冷变频器系统该技术方案采用各组件模块化设计，结构设计巧妙紧凑、简单，便于推广应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种三电平高压大功率水冷变频器系统，该系统包括：水冷滤波器柜、可拓展的桥臂并联变频器柜、全数字调节柜、水冷励磁绕组系统柜、水循环散热系统柜；所述水冷滤波器柜、可拓展的桥臂并联变频器柜、全数字调节柜、水冷励磁绕组系统柜、水循环散热系统柜从左至右相互组装并柜形成一套三电平高压大功率水冷变频器系统。

优选的是，所述水冷滤波器柜1包含高压大功率水冷电抗器、环流电抗器模组、扰流风机、滤波器柜体；所述高压大功率水冷电抗器安装在滤波器柜体内部下侧；所述环流电抗器模组安装在滤波器柜体左右固定梁上；所述扰流风机安装在滤波器柜门上部；所述高压大功率水冷电抗器、环流电抗器模组、扰流风机通过连接机构安装在滤波器柜体相应位置。

优选的是，所述高压大功率水冷电抗器采用新型的水电分离式、箔绕工艺水冷电抗器；

优选的是，所述环流电抗器模组由六个空心电抗器组成，两个一组，进线端通过铜排串并联连接到水冷电抗器，出线端通过铜排串并联连接到桥臂并联整流变频器系统。

优选的是，所述水冷励磁绕组系统柜包含三相6脉冲可控硅整流模组、过压吸收保护模组、控制模组、双系统切换模组、励磁绕组柜体；所述三相6脉冲可控硅整流模组设置安装在励磁绕组柜体上部左或中侧，所述过压吸收保护模组设置在励磁绕组柜体上部右侧，所述控制模组设置在三相6脉冲可控硅整流模组的下部；所述双系统切换模组设置在控制模组后侧；所述三相6脉冲可控硅整流模组、过压吸收保护模组、控制模组、双系统切换模组通过连接机构安装在励磁绕组柜体相应位置。

优选的是，所述三相6脉冲可控硅整流模组包括水冷散热器、单元外壳、可控硅、阻容吸收、脉冲功放板所述可控硅、阻容吸收、脉冲功放板通过连接机构安装在水冷散热器一侧。

优选的是，所述水冷散热器设计双面安装结构，所述可控硅为三支双管可控硅，分别安装在三块铜排上，所述阻容吸收包含六个吸收电容、六个吸收电阻，两两串并联分布在每支可控硅连接的铜排上。

优选的是，所述阻容吸收为新型薄膜电容，通过连接机构安装在可控硅连接的铜排上，吸收电阻通过螺栓安装在与水冷散热器对应流道散热处。

优选的是，还包括温度监控PT，所述温度监控PT通过连接机构安装在水冷散热器上下居中靠进进出口侧位置。

优选的是，所述过压吸收保护模组由压敏电阻、快速熔断器以及整流桥组成，所述压敏电阻、快速熔断器以及整流桥通过连接机构安装在三相六脉冲可控硅整流模组后面的交流进线侧。

优选的是，所述控制模组由脉冲分配板、继电器、开关电源、绝缘监视仪、温度监控仪、电压互感器组成，所述脉冲分配板、继电器、开关电源、绝缘监视仪、温度监控仪、电压互感器组装在一个安装板上，形成一个控制模组。

优选的是，优选的是，所述双系统切换模组由多路切换刀闸组成，通过切换刀闸可以快速实现不同励磁绕组系统切换。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，

1）提供一种水冷滤波器柜，该方案水冷滤波器柜采用高压大功率水冷电抗器，可以降低输入高次谐波，用于平滑滤波，有效地保护变频器和改善功率因数，既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染；高压大功率水冷电抗器采用新型的水电分离式、箔绕工艺水冷电抗器，进一步解决了大功率电抗器带来的散热问题，配合“基于双桥臂功率单元的变频器”水冷散热系统，提高了整体空间利用率；

2）环流电抗器模组，抑制桥臂并联整流变频器系统长距离输入造成的谐波干扰，平衡桥臂并联变频器输入电流，进一步提供“基于双桥臂功率单元的变频器”系统一个更加稳定的运行条件；

3）采用水冷散热器方式，极大提高系统散热性能；励磁绕组系统通过可控硅整流模组不同数量、形式进行元器件组装实现单\/双套三相6脉冲可控硅整流励磁绕组系统功能拓展；有效的提高空间利用

4）增加双系统切换功能，可以快速实现不同励磁绕组系统切换；优化阻容吸收方案，提高阻容吸收效果，有效提高系统可靠性；

5）该技术方案结构简单，具有低成本高可靠性的优点；各组件模块化设计，能够更加快捷的实现快速安装维护，进一步提供“基于双桥臂功率单元的变频器”系统一个更加稳定的运行条件。

附图说明

图1为本发明的三电平可拓展桥臂并联高压大功率水冷变频器结构示意图。

图2为本发明的水冷滤波器柜结构示意图。

图3为本发明的环流电抗器模组串并联结构示意图。

图4为本发明的高压大功率水冷电抗器结构示意图。

图5为本发明的励磁绕组系统结构示意图；

图6为本发明的三相六脉冲可控硅整流模组结构示意图；

图中：1、水冷滤波器柜，2、可拓展的桥臂并联变频器柜，3、全数字调节柜，4、水冷励磁绕组系统柜，5、水循环散热系统柜，101、高压大功率水冷电抗器，102、环流电抗器模组，103、扰流风机，104、滤波器柜体，401、可控硅整流模组，402、过压吸收保护模组，403、控制模组，404、双系统切换模组，405、柜体，4011、水冷散热器，4012、单元外壳，4013、双管可控硅，4014、阻容吸收，4015、脉冲功放板,4016温度监控PT。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1，一种三电平高压大功率水冷变频器系统，包括：水冷滤波器柜1、可拓展的桥臂并联变频器柜2、全数字调节柜3、水冷励磁绕组系统柜4、水循环散热系统柜5；所述水冷滤波器柜1、可拓展的桥臂并联变频器柜2、全数字调节柜3、水冷励磁绕组系统柜4、水循环散热系统柜5从左至右相互组装并柜形成一套更加完善的高压大功率水冷变频器系统。

实施例2：参见图2，作为本发明的一种改进，所述水冷滤波器柜1包含高压大功率水冷电抗器101、环流电抗器模组102、扰流风机103、滤波器柜体组成104；所述高压大功率水冷电抗器101安装在滤波器柜体104内部下侧，通过螺栓固定安装在滤波器柜体槽钢底座上；所述环流电抗器模组102安装在高压大功率水冷电抗器1上方，通过螺杆、绝缘撑夹紧固定后，使用螺栓固定安装在滤波器柜体左右固定梁上；所述扰流风机103安装在滤波器柜104门上部，最好安装在配套过滤网组后面；所述高压大功率水冷电抗器101、环流电抗器模组102、扰流风机103通过螺栓、导轨等连接方式固定安装在滤波器柜体104相应位置。

实施例3：参见图2-4，作为本发明的一种改进，所述高压大功率水冷电抗器101，抑制浪涌电压和浪涌电流，保护变频器，延长其使用寿命和防止谐波干扰，改善变频器的功率因数及抑制谐波电流，滤除谐波电压和谐波电流，既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染；采用新型的水电分离式、箔绕工艺电抗器，进一步解决了大功率电抗器带来的散热问题，配合“基于双桥臂功率单元的变频器”水冷散热系统，提高了整体空间利用率；所述高压大功率水冷电抗器101安装在滤波器柜体104内部下侧。所述扰流风机，解决因为滤波器柜体密封，内部无法对外形成有效空气流通，逐步造成残余热量积压，安装在滤波器柜体前后门滤波器柜体，采用标准16褶柜体型材，通过柜体并联、槽钢、角钢并联加固等结构优化设计，增大柜体承重能力。图4为高压大功率水冷电抗器结构示意图，采用水电分离式结构，内嵌水冷散热器，冷却循环水与高压线圈隔离，降低水质、安全需求，配合变频器散热系统，节约整体成本。

实施例4：参见图3，作为本发明的一种改进，所述环流电抗器模组102，采用三组六个空心电抗器，2个一组进线端通过铜排1串并联连接到水冷电抗器1，出线端通过铜排2串并联连接到桥臂并联整流变频器系统，抑制桥臂并联整流变频器系统长距离输入造成的谐波干扰，平衡桥臂并联变频器输入电流，进一步提供“基于双桥臂功率单元的变频器”系统一个更加稳定的运行条件；所述环流电抗器模组102安装在滤波器柜体104内部上侧。

实施例5参见图5，作为本发明的一种改进，所述水冷励磁绕组系统柜4包含三相6脉冲可控硅整流模组401、过压吸收保护模组402、控制模组403、双系统切换模组404、励磁绕组柜体405；所述三相6脉冲可控硅整流模组401通过滑轨、螺栓设置安装在励磁绕组柜体405上部左\/中侧，所述过压吸收保护模组402为可控硅整流模组1内部晶闸管提供过压吸收、保护功能，设置在励磁绕组柜体405上部右侧；所述控制模组403提供控制、传输、触发功能，通过螺栓设置在三相6脉冲可控硅整流模组401的下部；所述双系统切换模组404由多路切换刀闸组成，通过螺栓设置在控制模组403后侧；所述三相6脉冲可控硅整流模组401、过压吸收保护模组402、控制模组403、双系统切换模组404通过螺栓、导轨连接方式固定安装在励磁绕组柜体405相应位置。

实施例6参见图6，作为本发明的一种改进，所述三相6脉冲可控硅整流模组401包括水冷散热器4011、单元外壳4012、三支双管可控硅4013、阻容吸收4014、脉冲功放板4015；所述三支双管可控硅4013、阻容吸收4014、脉冲功放板4015通过螺栓安装在水冷散热器101一侧，通过铜排方式完成功能连接。在水冷散热器4011上设置一个温度检测PT4016，选取螺栓式，直接固定在水冷散热器101上下居中靠进进出口侧位置，提供散热器温度信号；脉冲功放板4105为三块，每个脉冲功放板4015分别触发控制对应可控硅4013功能动作；所述双管可控硅4013、阻容吸收4014通过连接铜排相互连接，整体与水冷散热器4011、单元外壳4012设计成一个可控硅整流装配模组单元401，通过滑轨、螺栓设置安装在励磁绕组柜体405上部左\/中侧。

实施例7参见图6，作为本发明的一种改进，阻容吸收4104包含六个吸收电容、六个吸收电阻，两两串并联分布在每支可控硅连接的铜排上，根据实际工况通过改变串并联连接方式，实现参数调节。吸收电容选取新型薄膜电容，直接近距离通过电缆、螺栓、铜排等安装可控硅4013连接的铜排上，吸收电阻直接设计通过螺栓安安装在水冷散热器4011对应流道散热，提高阻容吸收4014效果，有效提高系统可靠性。

实施例8参见图6，作为本发明的一种改进，所述水冷散热器4011设计双面安装结构；所述三支双管可控硅4013、阻容吸收4014、脉冲功放板4015安装在水冷散热器4011一侧，通过铜排等方式连接，每侧可以通过不同数量、形式进行元器件组装，根据需求实现单\/双套三相六脉冲可控硅整流励磁绕组功能。

实施例9参见图6，所述过压吸收保护模组由压敏电阻、快速熔断器以及整流桥组成，通过电缆、螺栓连接在三相六脉冲可控硅整流模组后面的系统交流进线侧，实现稳定可靠的过压吸收保护功能，更加有效快速吸收系统交流的尖峰电压，降低di\/dt，保护可控硅。

实施例10参见图6，作为本发明的一种改进，所述控制模组403由脉冲分配板、继电器、开关电源、绝缘监视仪、温度监控仪、电压互感器组成，所述脉冲分配板、继电器、开关电源、绝缘监视仪、温度监控仪、电压互感器组装在一个安装板上，形成一个控制模组；所述控制模组403通过脉冲分配板、继电器等电气元件控制、传输，通过光纤传输、接受信号到全数字调节系统柜，通过温度监控仪接收散热器温度检测温度，电压互感器检测系统电压，从而控制、触发可控硅整流模组系统组件，进一步保证系统稳定性，提高系统可靠性。

实施例11参见图6，作为本发明的一种改进，所述双系统切换模组404由多路切换开关组成，通过切换开关可以快速实现不同励磁绕组系统切换。可以灵活的满足三电平高压大功率水冷变频器系统多套励磁绕组系统配置及多励磁系统切换需求。

由上所述可见，水冷滤波器柜采用高压大功率水冷电抗器，可以降低输入高次谐波，用于平滑滤波，有效地保护变频器和改善功率因数，既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染；高压大功率水冷电抗器采用新型的水电分离式、箔绕工艺水冷电抗器，进一步解决了大功率电抗器带来的散热问题，配合“基于双桥臂功率单元的变频器”水冷散热系统，提高了整体空间利用率；设置环流电抗器模组，抑制桥臂并联系统因为超长距离输入造成的谐波干扰，平衡桥臂并联变频器输入电流，进一步提供“基于双桥臂功率单元的变频器”系统一个更加稳定的运行条件。励磁绕组系统柜各组件模块化设计，更加快捷的实现安装维护；实现单\/双套三相6脉冲可控硅整流励磁绕组系统功能拓展、不同励磁绕组系统切换，同时集合相应的过压吸收保护、控制系统等系统模块，保护设备稳定运行，大大提高系统的可靠性。

本发明还可以将实施例2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

设计图

三电平高压大功率水冷变频器系统论文和设计

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