CN204231176U - 一种一体化结构紧凑型高压变频器 - Google Patents

一种一体化结构紧凑型高压变频器 Download PDF

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欧俊年
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Abstract

本实用新型提供了一种一体化结构紧凑型高压变频器,包括底部基座、前柜体、后柜体以及散热冷却装置;前柜体与后柜体的结构相互独立,前柜体与后柜体拼装成一体化柜体,共同固定在底部基座上;散热冷却装置固定在前柜体与后柜体所形成的一体化柜体的顶部。该装置集高压进出柜、变压器柜、功率单元模块、控制柜以及散热冷却装置为一体,具有占地小、结构紧凑的优点,现场安装调试方便、后期维护方便、运行可靠性高。

Description

一种一体化结构紧凑型高压变频器
技术领域
本实用新型属于高压变频器的结构设计技术领域,具体涉及一种一体化结构紧凑型高压变频器。
背景技术
变频器是利用电力半导体器件的开通关断作用,将共频电变换化成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。
高压变频器属于大型电力电子传动设备,其主要安装在室内,对安装环境的温度、湿度、粉尘含量等均有严格的要求。高压变频器的功率转换是有损耗的,其效率高达96%以上,其余4%主要以热量形式散发,因此高压变频器在运行的过程中对环境产生持续加热作用。如果不能将高压变频器产生的热量及时带走,就会形成热量积累效应,导致高压变频器所处的环境温度逐步升高,最终会导致高压变频器某些部件自身过热而保护跳系统主开关断路器,将严重危及设备及生产安装。
目前,高压变频器是由旁路柜、变压器柜、功率单元模块柜及控制柜四部分组成,高压变频器采用风道强迫空气循环或房间密闭空调制冷方式进行散热。其中,旁路柜主要是方便用户接进出高压铠状电缆,内部安装满足用户要求的高压隔离开关、高压真空接触器。当变频器退出运行时,通过旁路柜将电机投入工频电源运行,以保证生产连续运行。变压器柜内安装高隔离变压器,副边多绕组输出,为功率单元模块提供独立的移相电源,能够大大改善网侧电流波形,降低设备对电网谐波干扰。功率单元模块柜内安装有模块化、可以互换的功率单元,便于生产及维护;其中功率单元的数量取决于输出电压的等级。通常,6KV系统的功率单元模块柜由18个功率单元组成,每6个功率单元串联成一相,三相Y接;10KV系统的功率单元模块柜由27个功率单元组成,每9个功率单元串联成一相,三相Y接。控制柜内安装有二次控制器件及控制器,用于实现空间矢量控制和与功率单元之间光纤通讯,需要与高压器件完全隔离控制。另外,控制柜内安装对外控制及通讯接口,以满足不同现场运用要求。
由于组成高压变频器的柜体多,而且每一部分都相互对立,在厂调试后需要拆卸各个柜之间的连接线,在现场又重新接各个柜之间的连接线及重复做各个柜之间检验测试,因此占地面积大:6KV输出120A的变压器柜长1900mm、功率单元模块柜长1700mm、控制柜柜长500mm、柜子深度为1280mm、柜子高度为2650mm;10KV输出120A的变压器柜长2100mm、功率单元模块柜含控制柜长2600mm、控制柜柜长500mm、柜子深度为1280mm、柜子高度为2650mm。此外,如果高压变频器采用风道强迫空气循环散热,虽然投入成本低,但长期运行后系统内部必然造成大量积灰,维护工作量大,系统运行可靠性将大大降低;如果采用房间密闭空调制冷方式散热需要投入冷却设备成本也高,空调长期运行电费高,而且不节能环保。
实用新型内容
为解决现有高压变频器组装不方便、占地面积大的技术问题,本实用新型提供一种一体化结构紧凑型高压变频器,变压器与功率单元模块分别安装在两个柜子内且背靠背安装,集高压进出柜、变压器室、功率单元模块室、控制柜以及散热冷却装置为一体,具有占地小、结构紧凑、安装及维护方便的优点。
本实用新型采用如下技术方案:一体化结构紧凑型高压变频器,包括底部基座、前柜体、后柜体以及散热冷却装置;前柜体与后柜体的结构相互独立,前柜体与后柜体拼装成一体化柜体,共同固定在底部基座上;散热冷却装置固定在前柜体与后柜体所形成的一体化柜体的顶部。
所述前柜体的左侧安装高压进出线绝缘子,中间安装固定变压器,右侧为二次元件控制室。
所述变压器采用多层风道隔板与柜体四周进行密封。其中,风道隔板的层数可根据容量不同采用一层、两层及三层等。
所述后柜体内部安装绝缘骨架,绝缘骨架分上、中、下三层,每层安装功率单元模块。
所述散热冷却装置包括散热风机、集热风箱、风道连接法兰以及空水冷热交换器,散热风机安装在集热风箱内,风道连接法兰安装在集热风箱与空水冷热交换器中间,风道连接法兰内安装有防止空水冷热交换器漏液喷射到变频器内的百叶窗。
从以上技术方案可知,本实用新型将高压进出线室、变压器室、功率单元模块室、控制室以及冷却装置组合为一体的高压变频器,其中高压进出线绝缘子、变压器以及二次控制器件安装在前柜内,而功率单元模块安装在后柜内,前后两柜拼接后共同固定在槽钢基座上,冷却装置集成了散热风机、集热风箱、风道连接法兰和空水冷热交换器等部件安装在柜体顶部,冷风从变频器柜体前后柜门进入、经过变压器高低压线圈表面及功率单元模块的散热器后再从柜顶散热风机及空水冷热交换器排出,该冷却装置能够确保变频器系统安全可靠运行。与现有技术相比,本实用新型具有如下优点及有益效果:
1、变压器与功率单元模块分别安装在两个柜子内且背靠背安装,集高压进出柜、变压器室、功率单元模块室、控制柜以及散热冷却装置为一体,在厂内将所有的内部一次电缆及二次电缆安装就序,不需要在现场重新接线、检查,仅需将与用户连接的几根一次电缆、二次电缆及冷却水管对接即可直接使用。结构紧凑、占地面积小、成本低、运输方便、现场调接线简单、调试方便、维护简单。
2、采用功率单元模块与变压器共用独特散热冷却装置,该冷却装置仅需要一定量的冷却水进行循环散热,散热环保、省电,能够保证变频器内部清洁,同时能够大大提高变频器的可靠性。
3、变压器安装固定十分方便:方法一,将前柜体从基座上拆除、变压器安装就位后可将前柜体平推就位;方法二,柜体不动、拆除顶部散热冷却装置及顶盖板,将变压器吊入柜内再进行固定。为了方便系统内部接线,变压器的外形结构十分独特——高压输入端子、二次出线端子、高压分接头以及第三线圈所提供的二次电源接头均靠近柜门侧,变压器采用多层风道隔板与柜体四周进行密封,确保冷风在柜顶风机抽风的情况下从变压器高低压线圈表面流过,风道隔板的内直径根据系统容量发热量而定。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图;
图2为前柜体的结构示意图;
图3为后柜体的结构示意图;
图4为散热原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述,但本实用新型的实施方式不局限于此。
实施例
如图1所示,本实用新型一体化结构紧凑型高压变频器,包括底部基座1、前柜体2、后柜体3以及散热冷却装置4。底部基座1采用槽钢焊接结构,槽钢基座1主要承担整个变频器重量,是衔接前后柜体的纽带。前柜体2与后柜体3结构相互独立,采用金属框架式结构,通过螺丝固定拼装成一体化柜体,共同固定在底部基座1上,高压变频器的柜门2A安装在前柜体2上;散热冷却装置4采用螺丝固定在前柜体2与后柜体3所形成的一体化柜体的顶部。
参见图2,前柜体2的左侧安装高压进出线绝缘子2D,中间安装固定变压器2B,右侧为二次元件控制室2E。前柜体的左侧板预留与旁路柜拼装过线的封板孔。变压器2B外形结构设计独特:高压输入端子、二次出线端子、高压分接头以及第三线圈所提供的二次电源接头均靠近柜门侧,变压器顶部与底部采用风道隔板2C与柜体四周进行密封,确保冷风在散热风机抽风的情况下从变压器高低压线圈表面流过。总的来说,前柜体2结构紧凑、安装方便,采用整体金属框架结构,集控制室、变压器室与高压进出线室于一体,控制室内安装控制器、PLC、UPS、继电器、接触器等电器元件以及布局优化的二次控制线路。
参见图3,后柜体3内部安装SMC材质的绝缘骨架3B,绝缘骨架3B分上、中、下三层,每层安装功率单元模块3C。每个功率单元模块背后的通风孔根据安装位置适配大小,以确保每个功率单元模块通过的散热风量一致——保证每个功率单元模块的散热能力相同。每九个功率单元模块固定框为一组:6KV系统采用两组结构,10KV系统采用三组结构,可先将绝缘骨架3B固定在基座1上,然后再将后柜体3吊装固定在基座1上,再将绝缘骨架3B与后柜体3进行固定。
如图1、4所示,散热冷却装置4包括散热风机4A、集热风箱4B、风道连接法兰4C以及空水冷热交换器4D。散热风机4A安装在集热风箱4B内,风道连接法兰4C安装在集热风箱4B与空水冷热交换器4D中间,风道连接法兰4C内安装有防止空水冷热交换器4D漏液喷射到变频器内的百叶窗。变频器运行所产生的热量可通过散热冷却装置进行热冷交换,不需要与室外空气进行热交换,从而能够确保室内环境清洁,确保变频器长期可靠运行。风道连接法兰4C的百叶窗底部还安装有接水盘,该接水盘的出口与通向室外排水管连接,在通向室外排水管接口处下面安装有漏液检测传感器。功率单元模块3C与变压器2B共用散热风机4A,通过调整功率单元模块3C散热器背后通风口面积的大小以及调变压器风道隔板内直径的大小来确保每一个功率单元模块与变压器都能良好的通风散热。此种散热方案大大提高了散热风机的利用率,同时有效的提高了散热冷却装置的可靠性及变频器的可靠性。
此外,前柜体、后柜体的柜门设置了具有通风作用的百叶门以及控制柜门。百叶门上安装有方便拆卸的通风百叶窗,百叶窗内安装防尘过滤网,同时柜门上安装防止被随意打开的电气五防锁。控制柜门上安装有人机界面,在人机界面的上方以及下方分别设置有“高压输入指示”、“待机指示”、“故障报警”、“漏液报警”和“启动按钮”、“停止按钮”、“急停按钮”。
所述前柜体和后柜体内所有带电体与柜体框架的电气间隙以及爬电距离均满足国家行业标准要求,其高压带电部与四周分绝缘距离不少于100~150mm。6KV最大输出电流为120A、可适配1000KW电机,呈长2250mm、深1580mm、仅安装散热风机高2650mm、包含水冷装置高2860mm的矩形。10KV最大输出电流为120A、可适配1600KW电机,呈长2700mm、高2860mm、仅安装散热风机高2650mm、包含水冷装置高2860mm的矩形。其占地面积仅为常规高压变频的68%及64%,有效的解决了安装空间问题。
上述实施例为本实用新型的一种实施方式,但本实用新型的实施方式并不限定与此,从事该领域技术人员在未背离本实用新型精神和原则下所做的任何修改、替换、改进,均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,包括底部基座、前柜体、后柜体以及散热冷却装置;前柜体与后柜体的结构相互独立,前柜体与后柜体拼装成一体化柜体,共同固定在底部基座上;散热冷却装置固定在前柜体与后柜体所形成的一体化柜体的顶部。
2.根据权利要求1所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述前柜体的左侧安装高压进出线绝缘子,中间安装固定变压器,右侧为二次元件控制室。
3.根据权利要求2所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述变压器采用多层风道隔板与柜体四周进行密封。
4.根据权利要求1所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述后柜体内部安装绝缘骨架,绝缘骨架分上、中、下三层,每层安装功率单元模块。
5.根据权利要求1所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述散热冷却装置包括散热风机、集热风箱、风道连接法兰以及空水冷热交换器,散热风机安装在集热风箱内,风道连接法兰安装在集热风箱与空水冷热交换器中间,风道连接法兰内安装有防止空水冷热交换器漏液喷射到变频器内的百叶窗。
6.根据权利要求5所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述风道连接法兰的百叶窗底部还安装有接水盘,该接水盘的出口与通向室外排水管连接,在通向室外排水管接口处下面安装有漏液检测传感器。
7.根据权利要求1所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述前柜体、后柜体的柜门设置有百叶门以及控制柜门。
8.根据权利要求7所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述控制柜门上安装有人机界面。
9.根据权利要求1所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述底部基座采用槽钢焊接结构。
10.根据权利要求1所述的一体化结构紧凑型高压变频器,其特征在于,所述前柜体、后柜体均采用框架式结构。
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