[发明专利]三电平高压大功率水冷变频器系统

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（CN201420283871.4发明专利）已经比较成熟，大多数都可以实现相应的模块化设计，为了提高功率元器件的散热效率也正在逐步采用日渐完善的水冷散热方式，极大的提升了整机的输出功率，但是当输出功率提升到一定程度后，变频器整体结构体积严重超过现场使用环境需求：现有技术的散热水冷版采用传统的单流道串联结构，散热效率较低、损耗大；传统的变频器单个功率单元模组内部一般采用单桥臂模式，现有技术的三电平上下桥臂是分开安装在一块水冷板的双侧，每项功率单元模组只能实现单一桥臂的变频功能，所以需要2套变频器柜体才能实现完整的三电平交直交整流、逆变变频器功能，导致现有的变频器结构体积太大；由于一个桥臂的元器件安装在水冷板两侧，上下桥臂回路较长，需要使用过压吸收电容压制母线过压；每项功率元器件的控制、触发、信号传输、远程监控、供电等功能都需要单独采用一组光纤和电源线，所以每项功率单元模组对外都需要连接大量的光纤和电源线，导致整体接线混乱；除功率单元模组外，其他组件布置混乱、分散，不利于拓展应用范围；而采用多台变频器并联方式时，由于功率单元模组相互间并联距离相对较远，因为内部元器件参数的分散性，有可能在多台变频器之间形成危害很大的环流，无法有效地抑制母线过压，直接影响系统的安全性；因为缺少有效的监控保护手段，无法实时检测水冷板、功率元器件工作状态，而导致功率管频频损坏。因此急需一种新的设计方案解决这些技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种三电平可拓展桥臂并联高压大功率水冷变频器，整套变频器系统采用桥臂并联结构，整体设计更紧凑，可以有效的减少系统环流，抑制了母线过压等问题，而变频器在现有结构体积的基础上实现2-3倍的输出功率提升。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；在空间占有率、成本对比、性能稳定可靠、输出功率扩容等方面都占据了极大的性能优势，进一步提高了产品输出功率的应用范围。

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，其特征在于，包括：全数字调节柜、基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜；所述全数字调节柜2基于双桥臂功率单元的变频器柜、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。

作为本发明的一种改进，所述的全数字调节柜2包含核心控制模组、辅助供电系统、人机对话系统以及柜体，所述核心控制模组采用DSP+FPGA结构的矢量控制器，以32位数字型号处理器为核心；实现速度闭环控制、单位功率因数控制、变频矢量控制、电流闭环控制、故障诊断等功能。安装在全数字调节柜体前部；所述辅助供电系统用于为整个系统辅助控制提供稳定的运行电源，安装在柜体后部；所述人机对话系统采用触摸屏人机对话操作界面，安装在柜体前部中间位置。

作为本发明的一种改进，所述的基于双桥臂功率单元的变频器柜包含柜体以及安装在柜体内的三组双桥臂功率单元模组、放电模组、传感器模组、备用拓展支撑电容模组，所述双桥臂功率单元模组安装在柜体前部；所述放电模组通过螺栓固定在柜体上部左侧，所述传感器模组通过螺栓固定在柜体上部右侧，所述备用拓展支撑电容模组设置在双桥臂功率单元模组上方。基于双桥臂功率单元的变频器采用了AFE有源前端技术，先进的背靠背三电平交直交变频方式，保证变频器电源侧稳定的实现四象限运行。其中功率单元模组采用双桥臂方式，功率单元模组内水冷板两侧，每侧单独设计三电平变频器一个桥臂，分别实现单桥臂的整流、逆变功能，作为普通变频器柜使用，三套功率单元模组实现一个具备完整整流、逆变功能的变频器柜。需要扩展变频器输出功率时，左右可以进行桥臂并联，单独实现整流或者逆变功能，优化后的结构可以有效地抑制母线过压、变频器并联的环流问题，高整机性能。