CN200994042Y

CN200994042Y - 结构紧凑的一体化高压变频器

Info

Publication number: CN200994042Y
Application number: CN 200620167583
Authority: CN
Inventors: 康宁
Original assignee: BEIJING HICONICS YISHENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Hiconics Drive Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2016-12-20

Abstract

一种结构紧凑的一体化高压变频器，该装置是实用新型专利申请《高压变频器的单元柜》进一步改进结构的产品，它在柜体内增设中间隔板，使功率单元和变压器共用一个柜体，分别设置在上、下两层空间内，其中下层的变压器水平放置，以节省变压器柜；上层的功率单元仍然分别放置在前、后柜体内，中间留有用来冷却功率单元和变压器的密封腔，不仅节省了原来变压器柜上的风机，还将前后柜体内功率单元数量少的那部分空间腾出来用作控制室，节省控制柜；该装置是一种集变压器柜、单元柜、控制柜于一体的高压变频器，结构紧凑，体积显著减小，占地面积小、降低材料和制造成本，集中通风，节约风冷能耗，接线简单、方便，工作可靠、稳定，便于使用和维护。

Description

结构紧凑的一体化高压变频器

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

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种占地小、结构紧凑的一体化高压变频器，该装置是在《高频变压器的单元柜》基础上的进一步改进结构的产品，它将功率单元和变压器共用一个柜体，分别设置在上、下两层空间内，其中下侧的变压器水平放置，从而省去变压器柜；上层的功率单元仍然分别放置在前、后柜体内，中间留有用来冷却功率单元和变压器的密封腔，这样不仅节省了原来变压器柜上的风机，还将前后柜体内功率单元数量少的那部分空间腾出来用作控制室，从而节省原来的控制柜。也就是提供一种集变压器柜、单元柜、控制柜于一体的高压变频器，该装置结构紧凑，占地小、成本降低，接线方便，还解决了包装、吊装、运输等诸方面困难。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种结构紧凑的一体化高压变频器，包括有：底座、金属框架与柜门组成的柜体，在柜体内分为多层放置的三相功率单元，由侧板、盖板、柜体后侧密封板与底座挡板围成的密封腔，以及设置在密封腔顶层的风机；其特征在于：所述变频器柜体由中间隔板分为上、下两层，下层设有水平放置的变压器，上层空间分为多层的前、后两部分，用于放置功率单元，且其中安装功率单元少的柜体所腾空、富余的空间被用作安放控制系统的控制室和输出接线端子的高压室；所述上层空间中前、后放置的功率单元的后侧密封板与柜体两侧的侧板、顶端盖板、与中间隔板围成一个密封腔，该密封腔顶端安装有冷却风机。

所述中间隔板由位于上、下两层为电绝缘的环氧板和中间的金属板所构成，该中间隔板在位于密封腔下方的位置上设有通孔，作为下层安装的变压器的冷却通风风道。

所述底座挡板上侧、即变压器底座上铺设有用于电绝缘的环氧板。

所述变频器的上层前、后两部分柜体内放置的功率单元与两侧金属框架的距离不小于60～150mm，以满足电气隔离的尺寸要求。

所述变频器柜体内部上层设置的前、后两部分柜体后侧密封板之间围成的密封腔的宽度不小于风机出风口直径310mm，以保证集中通风的风道畅通，提高能源效率；当变频柜的密封腔的宽度小于风机出风口直径时，则在风机出风口与密封腔入口之间设置渐缩形喇叭口状的接口，避免风道变窄而影响通风，提高风冷效果。

所述变频器柜体内部上层设置的前、后两部分柜体后侧密封板上设有多个通孔，这些通孔的位置和大小都与柜体内部放置的各个功率单元上的散热器相对应。

所述密封腔藉由柜体后侧密封板上设置的多个通孔、各个功率单元上的散热器通孔和各个柜门上安装的带有滤芯或滤网的通孔一起组成风机冷却对流循环的排风通道，使得该变频柜中的各个功率单元得到风冷处理，延长其工作时间和使用寿命。

所述控制室设置在变频器前面柜体的右侧或左侧，该控制室分为上下两个：装有控制系统的控制室，以及装有该高压变频器的输出接线端子的高压室。

所述控制室柜门上安装有监视器，在该监视器的上方和下方至少分别设有“高压指示灯”、“运行指示灯”、“故障指示灯”和“系统复位”按钮、“高压分断”按钮。，

本实用新型是一种结构紧凑、占地面积少的高压变频器，该装置的特点是：将柜体内部空间用中间隔板分为上、下两层，且上层又分为前、后两部分柜体，然后将功率单元和变压器别设置在上、下两层空间内，共用一个柜体；其中下层的变压器水平放置，从而节省了变压器柜；上层的功率单元仍然分别放置在前、后柜体内，中间仍然设有密封腔，可同时冷却上层的功率单元和下层的变压器，不仅节省了原来变压器柜上的风机，还将前后两排放置功率单元数量少的那部分空间腾出来做控制室。这种结构设计，由于变压器水平放置在柜体下层，既节约空间，又因变压器与底座接触面积增大而增加变频器柜体稳定性。变压器和功率单元的冷却通风风道在一个柜体上，简化结构，节省风机的配置，还便于电气接线。总之，本实用新型是一种集变压器柜、单元柜、控制柜于一体的结构紧凑的高压变频器，装置结构简单、体积显著减小，占地面积小，能够大大节约材料、配件费用和制造费用而降低生产成本，另外实现集中通风，既减少风机数量，降低产品成本，又节约风冷能耗。再者，将变压器柜、单元柜与控制柜三者合为一体，接线简单、方便，工作可靠、稳定，便于使用和维护。

根据对同样功率规格的现有产品(如图4所示，A为变压器柜、B为单元柜、C为控制柜)和本实用新型实施例样机(如图5所示)的测量计算，前者变频器的体积为11.55米³，改进后的本实用新型变频器的体积仅为7.38米³，体积减小了36％。因此本实用新型具有很好的应用前景。

附图说明

图1是现有技术的高压变频器柜体的主视图，其中从左到右分别是变压器柜(A)、单元柜(B)、控制柜(C)和旁路柜(D)。

图2(A)、(B)分别是图1中的单元柜(撤去柜门)结构组成的主视图和俯视图

图3(A)、(B)、(C)和(D)分别是实用新型专利申请《高频变压器的单元柜》的撤去柜门后的结构组成的主视图、侧视图、俯视图和后视图。

图4(A)、(B)分别是现有技术产品高压变频器(部分)结构组成的主视图和左视图。

图5(A)、(B)分别是本实用新型高压变频器结构组成的主视图和左视图。

图6(A)、(B)、(C)、(D)分别是本实用新型6KV/500KW高压变频器实施例的轴测前视图和后视图、安装功率单元和变压器后的前视图和后视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图6各个附图，介绍本实用新型的具体结构组成：该装置保持了原有高压变频器柜体的基本架构：由金属框架1，密封腔2，分为上、中、下三层放置的三相功率单元3，功率单元通风孔4，底座5，密封板、柜门11、12和设置在密封腔顶端的风机18等部件组成；改进之处是：变频器柜体内部空间由中间隔板20分为上、下两层，下层设有水平放置的变压器25，上层空间分为多层的前、后两部分，用于放置功率单元3，且其中安装功率单元少的柜体所腾空、富余的空间分别被用作安放控制系统的控制室14和输出接线端子的高压室15；上层空间中前、后放置的功率单元后侧密封板23 与柜体两侧的侧板16、顶端盖板17、与中间隔板20围成一个密封腔，该密封腔顶端安装有多个冷却风机18。中间隔板20由位于上、下两层为电绝缘的环氧板和中间的金属板所构成，该中间隔板20在密封腔下方的位置上设有通孔(图中未示)，用作变压器25的冷却通风风道。

该装置的柜门有：上层功率单元柜门11，下层变压器柜门12，内装有由光纤板、主控板、信号板、电源板等组成的控制系统的控制室柜门14，内装有高压变频器的输出接线端子等器件的高压室柜门15。除了高压室柜门15外，这些柜门上都装有通风过滤网13，用来通风冷却各柜内放置的功率单元3、变压器25和控制系统各个元器件。控制室柜门14上还安装有触摸屏的监视器，监视器的上、下方分别装设有“高压指示灯”、“运行指示灯”、“故障指示灯”和“系统复位”按钮、“高压分断”按钮等指示灯和按钮。控制室由220VAC和高压主电源双路供电，保证运行过程中220VAC电源出现故障时，该变频器能继续工作。光纤板连接与各个功率单元通讯的光缆，每个光纤板对应其中一相。控制器变压器组件为控制器本身及接口板组件提供电源。16是用于对密封腔两侧进行密封的盖板。安装在金属框架上的上顶盖17由相互之间用螺栓连接的若干板材组成，上顶盖17还用于密封腔的密封。图示实施例安装有3个风机18，具体产品的风机数量则视功率大小而定，不受此数量限制。前后柜门顶部还设有顶端横楣，以增强金属框架的强度和增添整个柜体的美观。密封腔2、密封板23上的多个通孔、各个功率单元3上的散热器通孔、中间隔板20上的通孔以及各个柜门上的通风过滤网孔一起组成风机18的对流循环冷却功率单元的风冷通道。除了风冷通道外，该高频器柜体内部与外界密封隔离。

图中24A、24B、24C分别为对密封腔的左右两侧侧板16起到连接作用的上中下连接板。前后顶梁21、22安装后成为密封腔2的进口，两者呈喇叭口状，有利于空气加速流通，同时对左右两侧的侧板起加强连接的作用。如果密封腔的宽度≥风机出口直径310mm时，前后顶梁21、22也可制成平直筒状入口。前后顶梁21、22下侧是组成密封腔的前后柜体后侧密封板23。

该实施例柜体下层的变压器25是水平放置的，上层的功率单元3共有15个，分成三组，每组水平放置并串联成为一相，各组又分成前、后两部分分别放置前后两个柜体的槽材组装件上，每5个一组，分别称作A、B、C相。其中最低电压的三个单元为低压端，短接成星点；最高电压端的三个单元输出接电机和检测输出电压的分压电阻。各个功率单元固装在导轨上，导轨固装在槽材上。这种结构方便各功率单元的拆装，且互不影响，给现场维修带来极大方便。在该实施例中，前面柜体放置5个，后面柜体放置10个。前面柜体右侧剩余空间用作控制室。该装置不仅省却了控制柜和变压器柜，风机18通过密封腔顺便也对控制室(其后侧隔板上设有通风孔)和变压器(中间隔板上设有通风孔)进行风冷。诚然，上述结构仅是本实施例中的设计，本实用新型不受此限制。

为保证工作安全和机械强度，中间隔板由位于上、下两层电绝缘的环氧板和中间的金属板所构成，底座挡板上侧、即变压器底座上也要铺设电绝缘的环氧板。另外，三相功率单元后侧环氧树脂密封板上开设通孔的位置、形状都与各个功率单元上的通风孔相吻合对应。

本实用新型的实施例样机进行了运行试验，试验结果是成功的，实现了预期的发明目的。

Claims

1、一种结构紧凑的一体化高压变频器，包括有：底座、金属框架与柜门组成的柜体，在柜体内分为多层放置的三相功率单元，由侧板、盖板、柜体后侧密封板与底座挡板围成的密封腔，以及设置在密封腔顶层的风机；其特征在于：所述变频器柜体由中间隔板分为上、下两层，下层设有水平放置的变压器，上层空间分为多层的前、后两部分，用于放置功率单元，且其中安装功率单元少的柜体所腾空、富余的空间被用作安放控制系统的控制室和输出接线端子的高压室；所述上层空间中前、后放置的功率单元的后侧密封板与柜体两侧的侧板、顶端盖板、与中间隔板围成一个密封腔，该密封腔顶端安装有冷却风机。

2、根据权利要求1所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述中间隔板由位于上、下两层为电绝缘的环氧板和中间的金属板所构成，该中间隔板在位于密封腔下方的位置上设有通孔，作为下层安装的变压器的冷却通风风道。

3、根据权利要求1所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述底座挡板上侧、即变压器底座上铺设有用于电绝缘的环氧板。

4、根据权利要求1所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述变频器的上层前、后两部分柜体内放置的功率单元与两侧金属框架的距离不小于60～150mm，以满足电气隔离的尺寸要求。

5、根据权利要求1所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述变频器柜体内部上层设置的前、后两部分柜体后侧密封板之间围成的密封腔的宽度不小于风机出风口直径310mm；当变频柜的密封腔的宽度小于风机出风口直径时，则在风机出风口与密封腔入口之间设置有避免风道变窄而影响通风的渐缩形喇叭口状的接口。

6、根据权利要求1所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述变频器柜体内部上层设置的前、后两部分柜体后侧密封板上设有多个通孔，这些通孔的位置和大小都与柜体内部放置的各个功率单元上的散热器相对应。

7、根据权利要求1或6所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述密封腔藉由柜体后侧密封板上设置的多个通孔、各个功率单元上的散热器通孔和各个柜门上安装的带有滤芯或滤网的通孔一起组成风机冷却对流循环的排风通道，使该变频器中的各个功率单元得到风冷处理。

8、根据权利要求1所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述控制室设置在变频器前面柜体的右侧或左侧，该控制室分为上下两个：装有控制系统的控制室，以及装有该高压变频器的输出接线端子的高压室。

9、根据权利要求8所述的一体化高压变频器，其特征在于：所述控制室柜门上安装有监视器，在该监视器的上方和下方至少设有“高压指示灯”、“运行指示灯”、“故障指示灯”和“系统复位”按钮、“高压分断”按钮。