CN216649527U - 一种远距离变频系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电气设备技术领域，提供了一种远距离变频系统，包括：整流单元，所述整流单元的输入端与交流电源端相连；用于接收交流电源端输出的交流电，并将交流电整流后输出直流电；逆变单元，逆变单元的输出端用于与负载相连，输入端通过正、负直流母线与整流单元输出端连接，用于将直流电逆变向负载输出交流电；所述整流单元与逆变单元分设于两处，且整流单元与逆变单元通过电缆连接，整流单元位于交流电源端处，逆变单元位于负载处；本系统能够降低施工过程中的电缆成本，三相五线可以变成两相三线，使用中可以缩小电缆线径的型号，减少布线难度，而且应用范围较广。

Description

一种远距离变频系统

技术领域

本实用新型涉及电气设备技术领域，具体涉及一种远距离变频系统。

背景技术

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将恒压恒频的电能变换为变压变频电能的电能控制装置。目前，通用变频器大多采用二极管整流单元和PWM逆变器构成交-直-交电压型变压变频器；依次包括：滤波单元、连接滤波单元的整流单元、以及连接整流单元正、负直流母线的PWM逆变器。

但在一些特殊的应用场景中，使用通用变频器会额外增加生产成本；例如在塔吊施工过程中，用电设备在塔吊上方，电网或者发电机在地表。由于塔吊的高度比较高，将变频器设于地表，变频器与塔吊上的用电设备之间就需要连接U、V、W、零线，PE线五根电缆，由于塔吊的高度比较高，这五根电缆也会比较长，导致使用电缆的成本增加。又比如在隧道施工过程中，配电室在隧道外，而用电设备在隧道深处，将变频器设于隧道外，变频器上的U、V、W、零线，PE线五根电缆需要横跨整个隧道，更是会大大增加电缆成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种远距离变频系统，旨在解决现有变频器在一些特殊应用场景下电缆成本较高的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种远距离变频系统，包括：整流单元，所述整流单元的输入端与交流电源端相连；用于接收交流电源端输出的交流电，并将所述交流电整流后输出直流电；整流单元可以为三相整流模块或单相整流模块；整流单元的数量可以为一个或者多个，但任意整流单元均通过正、负直流母线连接逆变单元的输入端；整流单元的整流部分可选用三相桥式不可控整流器，也可以选用三相桥式PWM整流器；

逆变单元，所述逆变单元的三相交流输出端用于与负载的三相输入端对应连接，输入端通过正、负直流母线与整流单元输出端连接，用于将直流电逆变向负载输出交流电；同样，逆变单元的数量可以为一个或者多个，且任意逆变单元均通过正、负直流母线连接整流单元的输入端；逆变单元可采用输出为PWM波形的IGBT或IPM三相桥式逆变器的电路结构等；集合整流单元与逆变单元并将两者电连接在一起属于现有技术；

所述整流单元与逆变单元为独立模块，所述整流单元与逆变单元分设于A地与B地两处，且整流单元与逆变单元通过电缆连接，整流单元位于交流电源端处，逆变单元位于负载处。

本系统主要应用于交流电源与负载设备距离较远，且中间需要交 -直-交变频器的情况。具体在实际生产中有多种应用场景，根据应用场景的不同，A、B两地的具体含义也不同；如用于隧道施工时，A 地可以指隧道外的配电室，B地可以指隧道深处的配电柜的位置；又如下文所提到的塔吊施工，因此A、B两地不作具体限定。

这种远距离变频系统可以代替变频器；以塔吊施工为例，原本电网在地表，变频器安装在塔吊上方，从地表电网延伸到上方的变频器之间有R、S、T、零线，PE线五根电缆，以及变频器外壳接地的地线。应用这种远距离变频系统后，从地表整流单元延伸到上方的逆变单元之间只有正、负线两根电缆外加一根PE线，相比之前少了两根电缆，所以降低了两根长电缆的成本；另外原本从地面电网延伸到塔吊上方变频器的是交流电缆，现在从地面上整流单元连接到塔吊上逆变单元之间的是直流电缆，因为三相交流电整流转成直流电压后会升压，因此在功率相同的情况下直流电缆上通过的电流更小，直流电缆需要的线径更小。因此，之前的三相五线可以变成两相三线，使用中可以缩小电缆线径的型号，进一步降低了电缆成本，并且本系统适用于任何电压等级。

进一步地，所述正、负直流母线上设有用于控制正、负直流母线通断的第一开关；所述整流单元的三相电源输入线上设有用于控制其通断的第二开关。

进一步地，所述系统用于塔吊以及电梯工作，整流单元与交流电源端处于地表，逆变单元与负载处于塔吊或者电梯上方，所述正、负直流母线从设于地表的整流单元延伸至塔吊或者电梯上方的逆变单元。此时交流电源端可以指设于地面上的电网或者交流发电机，负载为塔吊或者电梯上方的用电设备或者配电柜。

进一步地，所述交流电源端为三相交流电源端，具体可以为电网或者三相交流发电机。

进一步地，所述第一开关，第二开关为具有热脱扣器与磁脱扣器的断路器，以实现正、负直流母线的通断和断路保护。

进一步地，还包括第一滤波单元，所述第一滤波单元设于整流单元与逆变单元之间；用于对整流单元输出的电压进行平滑滤波。

进一步地，所述第一滤波单元为滤波电容。

进一步地，所述第一开关与第二开关电连接控制单元，控制单元可以为个人电脑或者设于塔吊上的中央控制器，以供人员远程操纵正、负直流母线的通断。

进一步地，所述整流单元和交流电源端之间可选的设有第二滤波单元；用于防止电磁干扰；第二滤波单元可以为由电容和电感组成的 LC滤波器。第一、第二滤波单元组合使用可以提高交流电的稳定性，有效避免负载收到冲击，进而延长负载的使用寿命。

进一步地，所述塔吊上还设有能量回收系统。

本实用新型的有益效果是：

1、本系统能够降低电缆成本并且减少布线难度，并且应用范围较广；

本系统主要应用于交流电源与负载设备距离较远，且中间需要交 -直-交变频器的情况；具体在实际生产中有多种应用场景，根据应用场景的不同，A、B两地的具体含义也不同；如用于隧道施工时，A 地可以指隧道外的配电室，B地可以指隧道深处的配电柜的位置；又如下文所提到的塔吊施工，因此A、B两地不作具体限定；

这种远距离变频系统可以代替变频器；以塔吊施工为例，原本电网在地表，变频器安装在塔吊上方，从地表电网延伸到上方的变频器之间有R、S、T、零线，PE线五根电缆，以及变频器外壳接地的地线；应用这种远距离变频系统后，从地表整流单元延伸到上方的逆变单元之间只有正、负线两根电缆外加一根PE线，相比之前少了两根电缆，所以降低了两根长电缆的成本，还减少了布线难度；另外原本从地面电网延伸到塔吊上方变频器之间的是交流电缆，现在从地面上整流单元连接到塔吊上逆变单元之间的是直流电缆，因为三相交流电整流转成直流电压后会升压，因此在功率相同的情况下直流电缆上通过的电流更小，直流电缆需要的线径更小。因此，之前的三相五线可以变成两相三线，使用中可以缩小电缆线径的型号，进一步降低了电缆成本，并且本系统适用于任何电压等级；

2、本系统设有第一、第二滤波单元，以有效延长负载的使用寿命；

第一滤波单元设于整流单元与逆变单元之间；用于对整流单元输出的电压进行平滑滤波；整流单元和交流电源端之间可选的设有第二滤波单元；用于防止电磁干扰；第一、第二滤波单元组合使用可以提高交流电的稳定性，有效避免负载收到冲击，进而延长负载的使用寿命。

综上所述，本系统能够降低施工过程中的电缆成本，并且减少布线难度，而且应用范围较广。

附图说明

图1为一种远距离变频系统的示意图；

图2为一种远距离变频系统用于塔吊施工时的示意图；

图3为设有能量回收系统与远距离变频系统的塔吊示意图；

图4为绳卷筒与发电机部分的结构示意图。

图中：1、第一开关；2、第二开关；3、第一滤波单元；4、整流单元；5、逆变单元；6、塔架；7、绳卷筒；8、吊钩；9、发电机； 10、变速齿轮组；11、棘轮机构；12、变速齿轮传动轴。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

(一)一种远距离变频系统

如图1-图2所示，一种远距离变频系统，包括：整流单元4，所述整流单元4的输入端与交流电源端相连；用于接收交流电源端输出的交流电，并将所述交流电整流后输出直流电；整流单元4可以为三相整流模块或单相整流模块；整流单元的数量可以为一个或者多个，但任意整流单元均通过正、负直流母线连接逆变单元5的输入端；整流单元的整流部分可选用三相桥式不可控整流器，也可以选用三相桥式PWM整流器；

逆变单元5，所述逆变单元5的三相交流输出端用于与负载的三相输入端对应连接，输入端通过正、负直流母线与整流单元输出端连接，用于将直流电逆变向负载输出交流电；同样，逆变单元的数量可以为一个或者多个，且任意逆变单元均通过正、负直流母线连接整流单元的输入端；逆变单元可采用输出为PWM波形的IGBT或IPM三相桥式逆变器的电路结构等；集合整流单元与逆变单元并将两者电连接在一起属于现有技术；

所述整流单元与逆变单元为独立模块，所述整流单元与逆变单元分设于A地与B地两处，且整流单元与逆变单元通过电缆连接，整流单元位于交流电源端处，逆变单元位于负载处。

本系统主要应用于交流电源与负载设备距离较远，且中间需要交 -直-交变频器的情况。具体在实际生产中有多种应用场景，根据应用场景的不同，A、B两地的具体含义也不同；如用于隧道施工时，A 地可以指隧道外的配电室，B地可以指隧道深处的配电柜的位置；又如下文所提到的塔吊施工，因此A、B两地不作具体限定。

这种远距离变频系统可以代替变频器；以塔吊施工为例，原本电网在地表，变频器安装在塔吊上方，从地表电网延伸到上方的变频器之间有R、S、T、零线，PE线五根电缆，以及变频器外壳接地的地线。应用这种远距离变频系统后，从地表整流单元延伸到上方的逆变单元之间只有正、负线两根电缆外加一根PE线，相比之前少了两根电缆，所以降低了两根长电缆的成本；另外原本从地面电网延伸到塔吊上方变频器的是交流电缆，现在从地面上整流单元连接到塔吊上逆变单元之间的是直流电缆，因为三相交流电整流转成直流电压后会升压，因此在功率相同的情况下直流电缆上通过的电流更小，直流电缆需要的线径更小，因此，之前的三相五线可以变成两相三线，使用中可以缩小电缆线径的型号，进一步降低了电缆成本，并且本系统适用于任何电压等级。

进一步地，所述正、负直流母线上设有用于控制正、负直流母线通断的第一开关；所述整流单元的三相电源输入线上设有用于控制其通断的第二开关。

进一步地，所述系统用于塔吊以及电梯工作，整流单元与交流电源端处于地表，逆变单元与负载处于塔吊或者电梯上方，所述正、负直流母线从设于地表的整流单元延伸至塔吊或者电梯上方的逆变单元。此时交流电源端可以指设于地面上的电网或者交流发电机，负载为塔吊或者电梯上方的用电设备或者配电柜。

进一步地，所述交流电源端为三相交流电源端，具体可以为电网或者三相交流发电机。

进一步地，所述第一开关1，第二开关2为具有热脱扣器与磁脱扣器的断路器，以实现正、负直流母线的通断和断路保护。

进一步地，还包括第一滤波单元3，所述第一滤波单元3设于整流单元与逆变单元之间；用于对整流单元输出的电压进行平滑滤波。

进一步地，所述第一滤波单元3为滤波电容。

进一步地，所述第一开关1与第二开关2电连接控制单元，控制单元可以为个人电脑或者设于塔吊上的中央控制器，以供人员远程操纵正、负直流母线的通断。

进一步地，所述整流单元和交流电源端之间可选的设有第二滤波单元；用于防止电磁干扰；第二滤波单元可以为由电容和电感组成的 LC滤波器。第一、第二滤波单元组合使用可以提高交流电的稳定性，有效避免负载收到冲击，进而延长负载的使用寿命。

本实用新型的具体工作原理：本系统主要应用于交流电源与负载设备距离较远，且中间需要交-直-交变频器的情况。具体在实际生产中有多种应用场景，根据应用场景的不同，A、B两地的具体含义也不同；如用于隧道施工时，A地可以指隧道外的配电室，B地可以指隧道深处的配电柜的位置；又如下文所提到的塔吊施工，因此A、B 两地不作具体限定。

这种远距离变频系统可以代替变频器；以塔吊施工为例，原本电网在地表，变频器安装在塔吊上方，从地表电网延伸到上方的变频器之间有R、S、T、零线，PE线五根电缆，以及变频器外壳接地的地线。应用这种远距离变频系统后，从地表整流单元延伸到上方的逆变单元之间只有正、负线两根电缆外加一根PE线，相比之前少了两根电缆，所以降低了两根长电缆的成本；另外原本从地面电网延伸到塔吊上方变频器的是交流电缆，现在从地面上整流单元连接到塔吊上逆变单元之间的是直流电缆，因为三相交流电整流转成直流电压后会升压，因此在功率相同的情况下直流电缆上通过的电流更小，直流电缆需要的线径更小，进一步降低了电缆成本，并且本系统适用于任何电压等级。

(二)能量回收系统

如图3-图4所示，能量回收系统用于塔吊，包括能量回收装置、收放线组、起升电机以及储能单元；能量回收装置用于将重物的下放势能或者减速时的动能转换成电能，另一方面也有利于控制起重绳放线长度；

在一些实施例中，能量回收装置为连接起升电机的变频器专用型能量回馈单元(以下简称能量回馈单元)。

塔吊本体包括塔架6与载重小车；

所述塔架6上部通过转盘连接有吊臂；

所述吊臂上设有沿其长度方向铺设的轨道；所述载重小车滑动安装在轨道上；

所述吊臂包括相连接的平衡臂和起重臂，且所述平衡臂和所述起重臂分别位于所述塔架6的两侧；所述绳卷筒设于平衡臂上，使绳卷筒发挥部分配重作用。

所述收放线组包括绳卷筒7与缠绕在绳卷筒7上的起重绳，起重绳通常为钢丝绳，所述起升电机的转轴与绳卷筒7传动连接，所述起重绳末端设有用于钩挂重物的吊钩8；吊臂绕转盘旋转，载重小车沿轨道移动，使吊钩8处于重物上方，以便吊钩8起升重物。

当重物落下时，重物通过起重绳带动起升电机转轴转动，起升电机转轴转动产生的电能经过能量回馈单元输入储能单元。

在一些实施例中，能量回收装置为发电机9；

所述收放线组与发电机9的转子传动连接；在重物下落过程中，所述发电机9能够将重物的下放势能转换成电能；

所述发电机与储能模块连接，所述储能模块通过切换开关与塔吊上的负载连接；具体的，发电机可以与起重绳传动连接，起重绳移动带动转子旋转，也可以与绳卷筒传动连接，重物落下时，绳卷筒转动带动转子旋转，还可以与收放线组中的定滑轮(定滑轮用于改动起重绳方向使起重绳垂落，也属于收放线组的一部分)传动连接，重物落下时带动定滑轮转动，进而带动转子旋转，此处不作具体限定；以将重物的下落势能转换成电能，并存储于储能模块供用电设备使用。通常情况下，塔吊上的用电设备与市电连接，储能模块作为备用能源，当停电或者用电高峰期时，使用储能模块为用电设备提供电能。

在一些实施例中，还包括用于检测储能模块电量数据的检测模块，用于控制交流电源端或者储能模块向负载供电的切换开关；检测模块与切换开关均电连接控制器；检测模块可以为电压传感器或者电流传感器，控制器可以为单片机或者电脑；

当检测模块检测到储能模块内部电压不足时，控制器通过切换开关切换到交流电源端供电；又或者检测模块检测到储能模块电能充足 (如实际电量在储能模块满电量百分之80以上)时，控制器优先使用储能模块供电；通过以上操作，可以实现错峰用电，节能减排的目的。

本塔吊可以在放下重物的过程中，将重物的下落势能转换成电能，并将电能存储在储能模块中；一方面收集了能源，另一方面使重物下落更加平稳(因为一部分重力势能转换成了电能)，也便于控制起重绳放线。

进一步地，所述绳卷筒的转轴与发电机的转子传动连接；吊钩上钩挂重物，重物落下的过程中带动绳卷筒的转轴旋转，并带动发电机的转子旋转。

进一步地，所述绳卷筒的转轴通过变速齿轮组10与发电机的转子传动连接；变速齿轮组10用于将从绳卷筒的转轴传递来的低速大力矩，通过一系列齿轮组合变为高速小力矩，传递给发电机的转子，以起到传递力矩的作用；由于绳卷筒的转轴转速可能达不到发电机转子所需要的转速，因此需要通过变速齿轮组10增速。

进一步地，所述绳卷筒的转轴通过棘轮机构11与发电机的转子传动连接；所述棘轮机构11用于使绳卷筒的转轴仅能在重物落下时向发电机的转子传递力矩；棘轮只能向一个方向旋转，而不能倒转，当重物落下时传动棘轮使其旋转；当重物提起时，绳卷筒的转轴不传递力矩给发电机，以减少起升电机的能量消耗。

进一步地，所述变速齿轮组包括互相啮合的主动齿轮与从动齿轮；主动齿轮齿数大于从动齿轮齿数；所述主动齿轮设于绳卷筒的转轴上，所述从动齿轮设于变速齿轮传动轴12上，所述变速齿轮传动轴12与发电机的转子传动连接；具体的，变速齿轮传动轴12一端镂空，棘轮机构设于变速齿轮传动轴的镂空端，发电机的转子与棘轮传动连接；当吊钩上的重物被拉起时，棘轮不向转子传递力矩，以减少起升电机的能量消耗。

进一步地，储能模块为蓄电池或者超级电容。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种远距离变频系统，包括：整流单元(4)，所述整流单元(4)的输入端与交流电源端相连；用于接收交流电源端输出的交流电，并将所述交流电整流后输出直流电；

逆变单元(5)，所述逆变单元(5)的输出端用于与负载相连，输入端通过正、负直流母线与整流单元(4)输出端连接，用于将直流电逆变向负载输出交流电；

其特征在于，所述整流单元(4)与逆变单元(5)分设于两处，且整流单元(4)与逆变单元(5)通过电缆连接，整流单元位于交流电源端处，逆变单元位于负载处。

2.根据权利要求1所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述正、负直流母线上设有用于控制正、负直流母线通断的第一开关(1)；所述整流单元(4)的三相电源输入线上设有用于控制其通断的第二开关(2)。

3.根据权利要求1所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述系统用于塔吊以及电梯工作，整流单元与交流电源端处于地表，逆变单元与负载处于塔吊或者电梯上方，所述正、负直流母线从设于地表的整流单元(4)延伸至塔吊或者电梯上方的逆变单元(5)。

4.根据权利要求1所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述交流电源端为三相交流电源端。

5.根据权利要求2所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述第一开关(1)，第二开关(2)为具有热脱扣器与磁脱扣器的断路器。

6.根据权利要求1所述的一种远距离变频系统，其特征在于，还包括第一滤波单元(3)，所述第一滤波单元(3)设于整流单元(4)与逆变单元(5)之间。

7.根据权利要求6所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述第一滤波单元(3)为滤波电容。

8.根据权利要求2所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述第一开关(1)与第二开关(2)电连接控制单元。

9.根据权利要求1所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述整流单元(4)和交流电源端之间可选的设有第二滤波单元。

10.根据权利要求3所述的一种远距离变频系统，其特征在于，所述塔吊上还设有能量回收系统。

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