CN201039046Y - 高压变频启动柜 - Google Patents

Abstract

一种高压变频启动柜，位于高压变频柜的前端，连接三相电源，三相电源接入该启动柜后，再引入高压变频柜的隔离变压器和各个功率单元，然后输出至负载端；柜体内主回路的三相电源进线端上连接有三相高压接触器，该接触器的各相两端分别并联一个高压电阻，用于将启动电流限制在额定范围内；当高压变频柜的隔离变压器上电，高压接触器的合闸线圈闭合后，将高压接触器接入主回路，同时将高压电阻短路，起到限流和保护的作用，并减小对电网的冲击。该装置通过高压电阻在上电瞬间的限流，使高压变频器的起动过程平缓和使电网运行稳定。柜体结构坚固、简单、实用，设有方便操作和维护的照明灯和防止误操作的闭锁装置，保证人身安全和主回路的运行安全。

Description

高压变频启动柜

技术领域

本实用新型涉及一种高压变频器的配套装置，确切地说，涉及一种其内安装有高压启动电阻和三相高压接触器，以便通过启动电阻在上电瞬间的限流，使得高压起动过程中启动电流比较平缓、减小对电网造成冲击影响的高压变频启动柜，属于高压变频调速系统设备技术领域。

背景技术

随着科技的飞速发展，高压变频器作为一种高新技术产品，正越来越广泛的被用于火力发电厂、石油、化工、自来水、矿山、冶金等众多行业内的高压大功率电机的智能控制，并且，以其在调速、软启动及智能化控制等方面的优异性能得到了业界的广泛认可。

参见图1，介绍高压变频柜的一次线路图，它主要由三个部分构成：

1、隔离变压器部分：主要组件为副边多绕组输出的隔离变压器，该隔离变压器为各功率单元提供独立的移相电源，能够大大改善电网侧的电流波形，降低设备对电网的谐波干扰。

2、功率单元部分：各相功率单元相互串联，叠波升压，根据电压等级的不同，各相采用不同数量的功率单元串联迭加，以得到不同电压等级的输出。其中功率单元的电原理图如图2所示，主要元器件为由绝缘栅双极性晶体管IGBT组成的整流桥、电容、熔断器等。功率单元的R、S、T进线端连接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节的电容充电，电容电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路，由L1、L2输出电压。

3、控制部分：由控制器、人机界面板、液晶屏等组成。用于实现空间向量的PWM控制、与各功率单元之间的通讯、参数设置、运行记录、故障保存以及数字和模拟信号的处理等功能。

由图2可知，功率单元内装有大容量的电容，在高压变频器开始加电时，这些电容从电网吸收电能充电时，将造成变频器输入侧电流值瞬时升高，其峰值可能达到额定电流的10倍，这样势必对隔离变压器造成大电流冲击，长期如此的话，就会降低变压器的使用寿命；这个现象同时也造成了电网电压的瞬时跌落，影响电网的供电质量。这个问题普遍存在于目前现有的各种高压变频调速系统中，因此，尽快改进上述问题，研制一种能够使高压变频器的起动平缓、以减小对电网的冲击的新设备已经成为业内科技人员急需解决的一个热点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种能够解决上述问题的高压变频启动柜，该装置内安装有高压电阻和三相高压接触器，通过高压电阻在上电瞬间的限流，使高压变频器的起动过程平缓，以减小对电网的冲击；该装置还能够有效控制输入侧电流，使电网运行稳定。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种高压变频启动柜，其特征在于：该装置位于高压变频柜的前端，连接三相电源，三相电源接入该启动柜后，再引入高压变频柜的隔离变压器和各个功率单元，然后输出至负载端；该装置柜体内主回路的三相电源进线端(L1、L2、L3)上连接有三相高压接触器(KM)，该三相高压接触器(KM)的各相两端(A、B、C)分别并联一个用于将启动电流限制在额定范围内的高压电阻(R1、R2、R3)；当高压变频柜的隔离变压器上电，该高压接触器(KM)的合闸线圈闭合后，将该高压接触器(KM)接入主回路，同时将高压电阻(R1、R2、R3)短路，以起到限流和保护的作用，并减小对电网的冲击。

该装置的主回路的三相电源(A、B、C)上分别连接一个传感器(SQ)，每个传感器又分别连接一个从该传感器内部提取信号、以显示各相电源的电源状况的带电显示器(HL)。

所述三相高压接触器(KM)的两个常闭辅助触点分别连接前、后门电磁锁的电磁锁线圈(DJS1、DJS2)，一个常开辅助触点连接合闸运行指示灯(HR)，以便接触器的主触点吸合后，常闭触点断开，使得前、后门电磁锁的电磁锁线圈(DJS1、DJS2)断电，闭锁前后门；同时，常开触点吸合，使合闸运行指示灯(HR)点亮，表明启动柜进入运行状态；该高压接触器(KM)的控制电路中还并联接有一个旋钮开关(SA)和由该旋纽开关控制的照明灯(EL)，以便闭合该旋钮开关(SA)后，照明灯点亮，能够照亮启动柜内部，为用户检视和维护提供便利。

该装置柜体内包括高压接触器(KM)、高压电阻(R1、R2、R3)、传感器(SQ)和带电显示器(HL)的主回路的各个器件之间采用铜母排或高压电缆连接，各个器件及其相互之间和其与柜体之间的安装位置都要满足国家标准中高压设备的电气规范和高压柜体的技术规范：各个电气组件和高压铜母排与柜体之间的电气间隙和爬电距离均要满足国家标准：电气间隙≥100mm和爬电距离≥120mm；柜体的框架结构要能够承受当主回路出现短路时所产生的破坏力。

所述带电显示器(HL)设有黄、绿、红三相指示灯，并安装在柜门上，当该带电显示器点亮时，表示启动柜高压就绪；所述高压接触器带电后、即点亮的合闸运行指示灯(HR)和照明旋钮(SA)都安装在柜门上，以便用于高压警示和便于现场维护；所述两个电磁锁分别安装在前、后两个柜门上，当接触器带电时，常闭触点断开，该两个电磁锁线圈都不带电，柜门被闭锁，无法打开；只有接触器断电后，才能打开柜门，保证操作人员的人身安全。

该装置柜体的上下部都留有进、出线孔，其中进线电缆可以通过电缆沟和架空进线两种方式接入柜内。

该装置柜体用钢板加工制成，表面设有喷涂层；柜体顶部四角分别设有一个用于现场吊装该装置就位的吊环；柜体尺寸采用模块化、标准化设计，即柜内结构件尺寸均是以25mm为基本参数组成系列产品，以与现有柜体尺寸兼容，并能够扩展，以满足不同应用场合的需要。

所述高压真空接触器(KM)的型号是JCZ5-7.2(J)/D400，高压电阻(R1、R2、R3)的型号是ZX18-11.76/1C3，传感器(SQ)的型号是CG1-12Q/130AB。上述三个器件都要满足工频耐压35kV/(1min)的规格要求；带电显示器(HL)的型号是DXN AC220V。

本实用新型高压变频启动柜的特点是：柜内安装有高压电阻、高压接触器等高压组件，其中高压电阻能有效降低高压变频器起动时的起动电流，并且，当隔离变压器带电后，能迅速接入高压接触器，该高压接触器在短路高压电阻的同时，投入变频器的主回路，以使高压变频器的起动电流接近额定电流。该装置作为一种工业级高压电力产品，其柜内各电气组件之间及其与高压母排之间以及各个一次组件与柜体之间的电气间隙和爬电距离均应满足国家标准高压设备的电气规范和高压柜体制造的技术规范。柜体构件采用优质碳素钢板制成，结构设计坚固、简单、实用、高效，既能达到很高的机械性能和表面性能，使得柜体的框架结构能承受主回路出现短路时所产生的破坏力；又有利于装配生产，降低制造成本。柜内还安装有便于运维人员操作和维护的照明设备以及防止误操作的强制闭锁装置，以保证操作人员的人身安全和主回路的运行安全。此外，柜体设计充分考虑了可扩展性和可兼容性，以方便与不同电压等级、不同功率等级的变压器柜和功率单元柜配合，组成系列化产品。总之，本实用新型-高压变频启动柜具有很好的应用前景。

附图说明

图1是高压变频柜的主回路线路图。

图2是是高压变频柜中的功率单元电原理图。

图3是带有启动柜的高压变频调速系统的主回路线路图。

图4是本实用新型高压启动柜的主回路线路图

图5是本实用新型高压启动柜的控制电路电原理图。

图6是本实用新型高压启动柜的轴测图及其内部结构示意图。

图7是本实用新型高压启动柜的右视图

图8是本实用新型实施例-带有启动柜的高压变频柜的主视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图3和图4，介绍带有本实用新型高压变频启动柜(简称：高压启动柜)的高压变频调速系统的主回路线路图，该高压变频调速系统包括有两个主要组成部分：高压启动柜和高压变频柜，其中高压变频柜又由变压器柜和功率单元柜组成。本实用新型高压启动柜的主要功能是降低起动电流。它置于高压变频柜的前端，连接三相电源，三相电源接入该启动柜后，再引入高压变频柜的隔离变压器和各个功率单元，然后由单元柜流出，输出至负载端。

本实用新型高压启动柜的主回路的三相电源进线端(L1、L2、L3)上连接有三相高压接触器(KM)，该三相高压接触器(KM)的各相两端(A、B、C)分别并联一个高压电阻(R1、R2、R3)，用于将启动电流限制在额定范围内。带电显示器(HL)从连接至电源的传感器(SQ)内部提取信号，显示电源端的供电状况。其工作原理是：在高压变频器上电时，电流通过该高压启动柜内的高压电阻(R1、R2、R3)将起动电流限制在额定范围；当高压变频柜的隔离变压器(TR0)带电后，接通内部的380V电源，再经过控制电路给接触器(KM)合闸线圈供电，使接触器(KM)的合闸线圈闭合，将该高压接触器(KM)接入主回路，同时将高压电阻(R1、R2、R3)短路，起到限流和保护的作用，并减小对电网的冲击。

在本实用新型的实施例中，上述主要元器件选用的型号规格如下表所示：

序号	元件符号	元件名称	型号规格	备注
					1	KM	高压真空接触器	JCZ5-7.2(J)/D400	工频耐压35kV/(1min)
2	R1、R2、R3	高压电阻	ZX18-11.76/1C3
				3	SQ	传感器	CG1-12Q/130AB
4	HL	带电显示器	DXN AC220V

参见图5，介绍本实用新型高压启动柜的控制电路——二次线路图，所要实现的功能是当接触器(KM)的主触点吸合后，辅助触点也相应动作：常闭触点断开，使前、后门的电磁锁线圈(DJS1、DJS2)断电，闭锁前后门；常开触点吸合，使运行指示灯(HR)点亮，表明启动柜进入运行状态。SA为旋钮开关，当其闭合后，照明灯(EL)点亮，照亮启动柜内部，便于用户检视和维护。图中，FU1、FU2为熔断器。

本实用新型在结构设计方面，能很好地与不同电压等级、不同功率等级的高压变频柜体相配合，具有良好的兼容性。下面参见图6～图8所示的实施例，详细描述其结构设计的特点。

高压启动柜内安装的接触器8、高压电阻15-R1、15-R2、15-R3等主回路的各个组件之间用进线铜排7、出线铜排4或高压电缆连接。各个元器件布置合理、规范，满足国家标准对高压电器件的电气间隙(≥100mm)和爬电距离(≥120mm)的规定。前侧左下门装有带电指示灯12，当启动柜内的高压进线端(L1、L2、L3)带电时，带电指示灯12的黄、绿、红三相指示灯均点亮，表示启动柜的高压就绪。前侧右上门装有合闸运行指示灯10(HR)和照明灯旋钮11，当接触器8带电后，合闸运行指示灯10(HR)点亮。柜内装有照明灯17，为现场维护提供便利。柜体后部装有出线支架3，用于固定柜体输出线缆。前、后侧柜门均安装有电磁锁14、2，当接触器8带电时，电磁锁线圈DJS1、DJS2不带电，前、后侧柜门都被闭锁，无法打开。只有柜内接触器8断电后，才能打开柜门，这样能够保证操作人员的人身安全。柜体顶部设有4个用于吊装的吊环6，以利于启动柜的现场安装就位。图中，1是接地铜排，5是传感器，6是吊环，9是二次控制室，13是柜门的机械锁，14是前门电磁锁，16是绝缘子，18是柜体。

本实用新型的柜体设计预留了两种进线方式：通过电缆沟和架空进线。在柜体的上下部均留有进、出线孔，无论采用何种进线方式都能够满足要求。

该装置的柜体选用优质钢板，经过数控设备的剪切、冲压、折边加工制成，表面采用喷涂工艺，能够将柜体外形尺寸和装配尺寸的公差控制得很精确，保证产品的装配精度。另外，柜体尺寸采用模块化、标准化设计，以25mm为基本模数，柜内结构件尺寸均是以此为基本模数形成系列；并与现有柜体尺寸兼容，同时具有扩展功能，以使柜体尺寸发生变化而满足不同场合的需要。这样处理的好处是减少了再次设计的工作量，同时也缩短结构生产厂家的生产周期。

本实用新型研制了实施例样机，并进行了实施试验，该实施例样机变频器柜为6kV 4000kW，其额定电流为450A。以下说明实验时测试得到的数据，

1、该启动柜在刚开始上电时，主回路的电流流经路径为：电源→高压电阻→变频柜→负载，实验测得此时主回路的电流值为240A(有效值)。

2、经过280～320ms的延时后，变压器带电，接触器吸合，同时短路切断高压电阻，此时主回路的电流流经路径为：电源→高压接触器→变频柜→负载，实验测得此时的主回路电流为1400A(峰值)。

3、如果没有添加启动柜时，主回路的电流流经路径为：电源→变频柜→负载，主电路的电流理论值为4500A(峰值)。

根据以上试验数据，可以看出：当在主回路中增加启动柜后，主回路的起动电流值远远低于未加启动柜时的情况，从而能够很好地解决目前现有高压变频器起动时对电网冲击过大的问题；这也使带启动柜的变频调速系统优于一般变频调速系统。上述实验数据充分证明了这一点。

总之，本实用新型的实施例样机的运行试验结果是成功的，实现了预期的设计目的，达到了很好的发明效果。

Claims (8)

1.一种高压变频启动柜，其特征在于：该装置位于高压变频柜的前端，连接三相电源，三相电源接入该启动柜后，再引入高压变频柜的隔离变压器和各个功率单元，然后输出至负载端；该装置柜体内主回路的三相电源进线端(L1、L2、L3)上连接有三相高压接触器(KM)，该三相高压接触器(KM)的各相两端(A、B、C)分别并联一个用于将启动电流限制在额定范围内的高压电阻(R1、R2、R3)；当高压变频柜的隔离变压器上电，该高压接触器(KM)的合闸线圈闭合后，将该高压接触器(KM)接入主回路，同时将高压电阻(R1、R2、R3)短路，以起到限流和保护的作用，并减小对电网的冲击。

2.根据权利要求1所述的高压变频启动柜，其特征在于：该装置的主回路的三相电源(A、B、C)上分别连接一个传感器(SQ)，每个传感器又分别连接一个从该传感器内部提取信号、以显示各相电源的电源状况的带电显示器(HL)。

3.根据权利要求1所述的高压变频启动柜，其特征在于：所述三相高压接触器(KM)的两个常闭辅助触点分别连接前、后门电磁锁的电磁锁线圈(DJS1、DJS2)，一个常开辅助触点连接合闸运行指示灯(HR)；该高压接触器(KM)的控制电路中还并联接有一个旋钮开关(SA)和由该旋纽开关控制的照明灯(EL)。

4.根据权利要求1所述的高压变频启动柜，其特征在于：该装置柜体内包括高压接触器(KM)、高压电阻(R1、R2、R3)、传感器(SQ)和带电显示器(HL)的主回路的各个器件之间采用铜母排或高压电缆连接，各个器件及其相互之间和其与柜体之间的安装位置都要满足国家标准中高压设备的电气规范和高压柜体的技术规范：各个电气组件和高压铜母排与柜体之间的电气间隙和爬电距离均要满足国家标准：电气间隙≥100mm和爬电距离≥120mm；柜体的框架结构要能够承受当主回路出现短路时所产生的破坏力。

5.根据权利要求2或3所述的高压变频启动柜，其特征在于：所述带电显示器(HL)设有黄、绿、红三相指示灯，并安装在柜门上，当该带电显示器点亮时，表示启动柜三相高压就绪；所述高压接触器带电后、即点亮的合闸运行指示灯(HR)和照明旋钮(SA)都安装在柜门上，以便用于高压警示和便于现场维护；所述两个电磁锁分别安装在前、后两个柜门上，当接触器带电时，常闭触点断开，该两个电磁锁线圈都不带电，柜门被闭锁，无法打开；只有接触器断电后，才能打开柜门，保证操作人员的人身安全。

6.根据权利要求1所述的高压变频启动柜，其特征在于：该装置柜体的上下部都留有进、出线孔，其中进线电缆可以通过电缆沟和架空进线两种方式接入柜内。

7.根据权利要求1所述的高压变频启动柜，其特征在于：该装置柜体用钢板加工制成，表面设有喷涂层；柜体顶部四角分别设有一个用于现场吊装该装置就位的吊环；柜体尺寸采用模块化、标准化设计，即柜内结构件尺寸均是以25mm为基本参数组成系列产品，以与现有柜体尺寸兼容，并能够扩展，以满足不同应用场合的需要。

8.根据权利要求1或2所述的高压变频启动柜，其特征在于：所述高压真空接触器(KM)的型号是JCZ5-7.2(J)/D400，高压电阻(R1、R2、R3)的型号是ZX18-11.76/1C3，传感器(SQ)的型号是CG1-12Q/130AB。上述三个器件都要满足工频耐压35kV/(1min)的规格要求；带电显示器(HL)的型号是DXNAC220V。

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