CN211183778U - 一体化结构紧凑型高压变频器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种一体化结构紧凑型高压变频器。包括：底部基座、变频柜体、控制箱体及风机结构配件，该装置集高压进出柜、变压器柜、功率模块柜、控制柜以及散热冷却装置为一体，本申请解决了相关技术中高压变频器组装操作繁琐的技术问题，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

一体化结构紧凑型高压变频器

技术领域

本申请涉及级联型高压变频器的结构设计领域，具体而言，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，将工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、水泥厂、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，高压变频器通常采用道强迫风冷的方式进行散热、强迫风冷是一种最安全最直接的散热方式。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移相变压器，副边有多绕组输出，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模块，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，3KV级联系统的功率单元模块柜由9个功率单元组成，每3个功率单元串联成一相，三相Y接；6KV级联系统的功率单元模块柜由15个功率单元组成，每5个功率单元串联成一相，三相Y接；10KV级联系统的功率单元模块柜由24个功率单元组成，每8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系统控制器，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。

通常组成高压级联变频器的柜体都比较多，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：例如小容量常规级联变频进线柜长700mm、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。

针对相关技术中高压变频器组装操作繁琐的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种一体化结构紧凑型高压变频器，以至少解决相关技术中高压变频器组装操作繁琐的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种一体化结构紧凑型高压变频器，包括：包括底部基座、变频柜体、控制箱体以及散热冷却装置，其中，所述变频柜体与所述控制箱体在结构上相互独立，所述控制箱体采用嵌入安装的方式安装在所述变频柜体内，所述散热冷却装置安装在所述变频柜体的顶部和所述变频柜体的内部，所述变频柜体安装在所述底部基座上。

可选地，所述变频柜体内安装高压进出线绝缘子，变压器固定在柜体底部基座上，柜内安装有二次进出线接线盒。

可选地，所述变压器采用多层风道隔板与柜体四周进行密封、确保变压器线圈散热。其中，风道隔板的层数可根据变压器发热量不同而采用不同的设计方案，一层、两层及三层等。

可选地，所述后柜体内部安装绝缘骨架，绝缘骨架分上、下两层，每层采用“L”形结构安装功率单元模块、即正面布置一相功率单元木块而后面布置两相功率单元模块。

可选地，所述散热冷却装置包括变压器及功率单元通风风道、变压器与功率模块之间的密封隔板、及散热风机等，变压器被抽的热风不会通过功率单元模块，即功率单元体模块不会被循环加热、都有自己独立冷风风源。

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、控制室以及散热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、变压器以及二次进出线盒安装在柜体下半部，而功率单元模块及控制系统安装在柜体上半部，散热冷却装置集成了风机固定件、散热风机、集热风道、变压器及功率单元模块隔板分别安装在柜体顶部及柜体中间，冷风从柜体前后两侧进入、分别经过变压器高低压线圈表面及功率单元模块的散热器后到集热风道内，然后进过柜顶风机排到柜体外部，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、控制系统与功率单元模块安装在一起，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高压一次电缆及二次控制电缆安装就序，不需要在现场重新接线、检查，在现场仅需接上进出的一次电缆、二次电缆即可使用。该系统结构紧凑、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，变压器及功率单元模块共用散热风机充分提高了风机的利用率、但变压器和功率模块散热又相互独立，同时能够大大提高变频器的可靠性。

3、变频器生产安装、搬运十分方便：将变频柜体从基座上拆除、变压器安装就位后再将柜体从上往下套在固定好变压器的基座上；控制箱内的控制系统可以在操作平台上安装好后再固定在柜体上。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均分布在靠近柜门侧，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。成套后的变频一体柜能够满足叉车底部托运、吊绳柜体底部下起吊、吊绳柜体顶部起吊。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施案例中的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施案例中的正面内结构示意图；

图3为本实用新型实施案例中的背面内结构示意图；

图4为本实用新型实施案例中系统散热原理示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

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(可简称基座)、变频柜体2(可简称柜体)、控制箱体3以及风机固定件4，变频柜体2包括下半部的第一部分柜体2A(这部分柜体形成的内室即第一室)和上半部的第二部分柜体2B(这部分柜体形成的内室即第二室)，这两个部分可以采用螺丝固定形成一体。底部基座1采用槽钢101焊接结构，槽钢基座1上焊接底部起吊的吊环102，槽钢基座1主要承担整个变频器重量、可满足叉车搬运，是安装与运输的纽带。柜体2与控制箱体3结构相互独立，采用金属框架式结构、控制箱体3镶嵌在柜体内部，通过螺丝固定成一体化柜，共同固定在底部基座1上。柜体2侧门板上预留并柜过线孔201，柜体2的顶部有顶部起吊吊环202，变压器室门203安装在柜体2下半部(即变压器所在的部分，内部空间即第一室，或称变压器室)、功率单元室门204安装在柜体2上半部(即变压器之外的部分，内部空间即第二室，或称功率单元模块及控制室)，顶盖板205安装在柜体2的顶部；变压器室门203上安装百叶通风窗、温控器等，功率单元室门204安装百叶通风窗、电磁锁等；柜体2内部下半部安装变压器210，变压器210固定在基座1上，变压器210表面有高压进出线绝缘子211、输出二次接线端子212、风道隔板213等组成。控制箱体3正面有控制室门301，控制室门301安装固定人机界面、指示灯及按钮等。风机固定件4安装固定在柜体顶部、其内部安装散热风机401。

参见图2，柜体2的正面下半部为变压器210，变压器210外表面有对外输出二次接线端子212，变压器风道隔板213与柜体2四周密闭处理，柜体靠边的一侧为变频器对外接线的二次线接线盒214。变压器210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、方便接线及维护，变压器210线圈顶部采用风道隔板213与柜体2四周进行密封，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。柜体2上半部的一边安装绝缘骨架220，绝缘骨架220分上、下两层，每层最多安装4个功率单元模块221。柜体2上半部的另一边为控制箱体3，控制箱3内部安装控制器310、继电器311、PLC、UPS、接触器、断路器等控制元件。总体来说，变频器正面结构布局非常紧凑、安装及维护方便方便。

参见图3，柜体2的背面下半部为变压器210，变压器210外表面有对外输出二次接线端子212，变压器风道隔板213与柜体2密闭处理、风道隔板213敷设有方便过线的密闭胶圈，柜体靠边的一侧为变频器对外接线的高压进出线绝缘子211。柜体2上半部内部安装绝缘骨架220，绝缘骨架220分上、下两层，每层最多安装8个功率单元模块221。

如图4所示，该变频器散热冷却装置包括散热风机401、风机固定件4、集热风道以及变压器室及功率单元模块室隔板410组成，而集热风道是由柜体顶盖板205、集热隔板413、功率单元模块通风板412、变压器通风板411组成。散热风机401安装风机固定件4内，集热风道是连接散热风机401与功率单元模块及变压器的桥梁，隔板410是在变压器室与功率模块室的中间、确保变压器的热风不能进入到功率单元模块内。变频器室内的冷风分别经过变压器室柜门203及功率单元模块室柜门204的百叶通风窗进入变压器210及功率单元模块221，由于变压器风道隔板213与柜体内部四周密闭原因导致冷风强迫经过变压器高低压线圈表面、功率单元模块通风板412与变压器通风板411均有通风孔，然后将变压器及功率单元模块产生的热量汇集到集热风道内、变成热风，热风再通过柜顶的风机抽到变频器室内，变压器及功率单元模块均带有测温及过温报警装置，功率单元模块221与变压器210共用散热风机401，通过调整变压器通风板411通风面积大小以及调整变压器风道隔板213内直径的小以确保每一个功率单元模块221与变压器210都能良好的散热。热方案大大提高了散热风机的利用率，同时有效的提高变频器的可靠性。

此外，变压器室门及功率室门均设置了具有通风作用的百叶窗，控制箱设置控制室门。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。控制室门上安装有人机界面，在人机界面的上方设置有“高压输入指示”、“待机指示”、“故障报警”、“急停按钮”等。

所述变频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非绝缘导体电气距离不少于125mm、爬电距离不小于160mm，柜内安装柜门行程开关、电池锁、高压带电显示装置等满足五防需求的电器元件。其占地面积仅为常规高压变频的60％左右，有效的解决了安装空间问题。

本实用新型所要保护的高压进出柜、变压器柜、功率模块柜、控制柜以及散热冷却装置以及各个组件都是一种具有确定形状、构造且占据一定空间的实体产品。都是可以独立运行的、具有具体硬件结构的组件。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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、变频柜体、控制箱体以及散热冷却装置，所述变频柜体具有采用螺丝固定连接的第一部分柜体和第二部分柜体，其中，所述变频柜体与所述控制箱体在结构上相互独立，所述控制箱体采用嵌入安装的方式安装在所述第二部分柜体内，所述散热冷却装置安装在所述变频柜体的顶部和所述第二部分柜体内部，所第一部分柜体安装在所述底部基座上。

2.根据权利要求1所述的高压变频器，其特征在于，所述第一部分柜体内安装有高压进出线绝缘子，所述底部基座用于安装并固定变压器，在所述第一部分柜体安装在所述底部基座上的情况下所述变压器位于所述第一部分柜体内，所述第二部分柜体内安装有功率单元模块和控制系统。

3.根据权利要求2所述的高压变频器，其特征在于，所述变压器与所述第一部分柜体之间的间隙设置有多层风道隔板，所述多层风道隔板用于阻止从所述第一部分柜体外流入的气体从所述间隙流动至所述第二部分柜体，所述变压器所在的第一室与所述功率单元模块和所述控制系统所在的第二室在结构上相互隔离且独立。

4.根据权利要求3所述的高压变频器，其特征在于，所述第二部分柜体内安装有绝缘骨架，所述绝缘骨架分为上、下两层，每层成L形布置，每层可最多安装12个所述功率单元模块。

5.根据权利要求4所述的高压变频器，其特征在于，所述散热冷却装置包括散热风机、风机固定件、集热风道及所述第一室与所述第二室之间的室间隔板，所述集热风道用于隔离被所述变压器加热的气体和被所述功率单元模块加热的气体，所述风机用于将被所述变压器加热的气体和被所述功率单元模块加热的气体从所述变频柜体内抽出，被所述变压器加热的气体来源于所述第一部分柜体的柜体通气孔，被所述功率单元模块加热的气体来源于所述第二部分柜体的柜体通气孔。

6.根据权利要求5所述的高压变频器，其特征在于，所述集热风道为所述变压器和所述功率单元模块共用的散热风腔，所述集热风道是利用所述变频柜体的柜体顶盖板、集热隔板、所述功率单元模块的通风板以及所述变压器的通风板形成的风道。

7.根据权利要求6所述的高压变频器，其特征在于，所述变压器所在的第一室和所述功率单元模块所在的子室设有百叶通风门，所述控制箱体所在的子室具有单独的控制柜门，所述第二室包括所述功率单元模块所在的子室和所述控制箱体所在的子室。

8.根据权利要求7所述的高压变频器，其特征在于，所述控制柜门上安装有人机交互模块、指示灯及按钮。

9.根据权利要求8所述的高压变频器，其特征在于，所述底部基座采用槽钢焊接结构，所述底部基座上焊接有用于起吊所述底部基座的吊环。

10.根据权利要求9所述的高压变频器，其特征在于，所述变频柜体和所述控制箱体采用模块化结构。

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