[实用新型]结构紧凑的一体化高压变频器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种结构紧凑的一体化高压变频器，确切地说，涉及一种将单元柜、控制柜和变压器柜合并为一体的高压变频器，其中变压器和功率单元分别设置在机柜的上、下两部分，变压器水平放置，功率单元则分别设置在柜体的前后两侧，且前后两部分功率单元之间的空间分别形成冷却通风通道和用于设置控制室的结构安装布局，属于高压变频器的结构设计技术领域。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的开关通断作用将工频电源变换为频率可调的电能逆变器。随着社会生产力的发展，作为一种新型的节能产品，高压变频器被广泛地用于火力发电厂、石油、化工、自来水、矿山、及冶金等众多行业内高压电机调速、节能、软启动及智能化控制。

参见图1，介绍目前使用的高压变频器的四个主要组成部分：

变压器柜(A)：柜内装有隔离变压器，副边多绕组输出，为功率单元提供独立的移相电源，能够大大改善网侧的电流波形，降低设备对电网的谐波干扰。

功率单元柜(简称单元柜B)：柜内装有模块化的、可以互换的功率单元，便于生产和维护；其中功率单元的数量取决于输出功率。通常，3千伏的单元柜由9个功率单元组成，每3个功率单元串联成一相，三相Y接；6千伏的单元柜由15个功率单元组成，每5个功率单元串联成一相，三相Y接；10千伏的单元柜则由27个功率单元组成，每9个功率单元串联成一相，三相Y接。

控制柜(C)：柜内装有控制系统，用于实现空间矢量的控制和与功率单元之间光纤通讯，需要完全的电气隔离。另外，柜内安设的接口板负责系统的数字和模拟信号处理，以满足不同应用场合的要求。

旁路柜(D)：柜内安装的开关可跟据用户工况及要求选用隔离刀闸、真空接触器、或者两者的组合方式。当变频器退出运行后，通过旁路柜将电机投入工频电网运行，以保证生产的连续进行。

由于高压变频器的柜体多，因此占地面积大。随着变频技术的成熟，变频器得到越来越广泛的应用，人们对其结构设计也提出更高要求。在满足现有技术参数的前提下，尽可能减小变频器体积是今后一段时期的发展趋势。因为变频器中的变压器柜、单元柜、控制柜、旁路柜的体积都会随电压等级的增加而增加。如何尽可能地减小它们的体积，是减小变频器柜体体积的关键。但对于变压器柜、旁路柜和控制柜来说，收效甚微；只有努力减小单元柜的体积才是减小变频器柜体体积的关键。为此申请人提出一种将单元柜采用功率单元前后放置、并把控制室安装到单元柜上而大大减小单元柜体积的《高频变压器的单元柜》的实用新型专利申请(申请号：200620123922.2 )。

参见图2，介绍原来产品的6千伏单元柜去除柜门后的功率单元安装结构图：在整体金属框架1组成的机柜内，放置有三排三相的功率模块单元3，其后侧为密封腔2，在密封腔2的顶端装有风机，用于送风来冷却功率单元，4为功率单元的冷却通风孔，5为底座。这种每相功率单元横向平行放置的结构优点是：各个功率单元集中、紧凑，能充分接受风冷。但是，更高电压等级的单元柜仍然采用这种结构形式，其体积就会大大增加，而且要想充分冷却功率模块单元，还要增加风机数量。

参见图3，介绍上述实用新型专利申请10千伏规格的《高频变压器的单元柜》内部功率单元的设置情况：因为每相有9个功率单元，其长度达到2710mm，要比6千伏单元柜(5个功率模块单元)的长度又增加了1000mm。如果是更高的电压等级，增加幅度更大。但是该柜体由前后两部分组成，分别用于放置功率单元3，其中功率单元放置少的柜体腾出作为控制室6，即把控制柜安装到单元柜上，大大减少了变频器的体积；而且，前后柜体的中间用作密封腔2，实现集中通风，既减少风机数量，降低产品成本，又节约风冷能耗。

采用图2结构的6千伏单元柜的体积为8.13米³，而图3所示结构改进的10千伏单元柜(包括了控制室)的体积只有5.1米³，体积减小了37.3％。该实用新型的实施例提示我们：如果再减小变压器柜的体积，还能够进一步大大减小变频器的整体体积，但减小变压器的体积收效甚微。因此如何通过减小变压器柜的体积来进一步降低变频器体积，就成为业内技术人员急需解决的新课题。

实用新型内容