CN2567865Y - 直流母线结构式电压型高－低－高高压变频调速装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于高压电动机的变频调速装置技术领域，涉及一种直流母线结构式电压型高－低－高高压变频调速装置。该装置包括降压变压器、整流器，有公共直流母线与整流器相连接，有两组或两组以上的含有预充电回路或电容滤波器、电压型逆变器、LC滤波器、升压变压器连接形成的电压型变频调速电路并接在直流母线上，高压电机与升压变压器连接。本实用新型由于为电压型变频调速，使其能适应于现有的较低绝缘等级的电机变频调速，并且可以多台高压电机同时与每一组的电压型变频调速电路中的升压变压器连接，共用一组降压变压器和整流器，可以减少对这些设备技术改造的成本，通过公共直流母线结构，可充分利用能量，节能效果显著。
Description
技术领域
本实用新型属于高压电动机的变频调速装置技术领域，涉及一种直流母线结构式电压型高—低—高高压变频调速装置。
背景技术
高压变频调速技术主要用于高压(3KV、6KV、10KV)电动机传动的风机、水泵、压缩机等的调速节能运行，这是近几年来的一项高新技术。影响高压变频调速技术发展的因素主要有两个，一是大功率交流电机供电电压高(3-10KV)，而目前国际上电力电子器件的耐压等级低(变频电压仅为1KV)，二是大功率变频调速技术难度大，技术含量高，而风机、水泵节能需低投入，由节电费用中收回成本，这两个矛盾就构成了高压变频调速技术研究开发的世界性难题，如何有效地解决这两个矛盾，是当今各大电气公司的电力电子技术竞争的热点之一。因此出现了各种型式的高压变频器方案，如高—低—高式、高—低式、高—高式。高—低—高式高压变频调速装置是将高压电源电压经降压变压器降至低压变频器允许的电压，再经低压变频器变频变压后，经升压变压器升至高压，供电给高压电机。这种方式是人们最先应用的高压变频调速方式，在国内有较多应用例子，但都是采用电流型变频器构成。这种高—低—高式压变频调速系统，由于电流型变频器的输出电压波形为正弦波，因此人们理所当然地认为只有电流型变频器才适合构成高—低—高式高压变频调速装置。然而电流型高—低—高式高压变频调速装置对电机绝缘等级要求高，不能适用于原有的老电机(绝缘等级较低)运行的要求，因此适应性较差。目前有许多企业原有的大型风机、水泵、压缩机等大功率用电设备为适应节能要求，急需进行技术改造。而电流型高—低—高式高压变频调速装置对其无能为力。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是要针对原有的大型风机、水泵、压缩机等大功率用电设备绝缘等级低的状况，提供一种能适于这些大功率设备的电机变频调速之用的直流母线结构式电压型高—低—高高压变频调速装置，特别适于多台这种大型大功率用电设备的并联使用，可以减少对这些设备技术改造的成本，节能效果显著。
解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：该直流母线结构式电压型高—低—高高压变频调速装置包括降压变压器、整流器，有直流母线与整流器相连接，有两组或两组以上的含有预充电回路和电容滤波器、电压型逆变器、LC滤波器、升压变压器连接形成的电压型变频调速电路并接在直流母线上，高压电机与升压变压器连接。整流器与直流母线之间还可连接有平衡电抗器。
本实用新型由于为公共直流母线式电压型高压变频调速，使其能适应于现有的较低绝缘等级的电机变频调速，并且可以多台高压电机同时与每一组的电压型变频调速电路中的升压变压器连接，形成并联结构，共用一组降压变压器和整流器，可以减少对这些设备技术改造的成本，节能效果显著。
附图说明
以下结合实施例附图对本实用新型作进一步的详细描述
图1 为本实用新型结构示意图
图中：1-高压隔离开关 2-高压断路器 3-降压变压器 4-整流器 5-断路器 6-平衡电抗器 7-公共直流母线 8-主接触器 9-预充电回路 10-直流环节滤波器 11-电压型逆变器 12-LC滤波器 13-升压变压器 14-高压断路器 15-高压电机 16-负载 17-控制电源 18-高压负荷开关 19-高压熔断器 20-变压器 21-断路器 22-高压电源 R-限流电阻 C-滤波电容
具体实施方式
本实施例中，采用共用的输入降压变压器(3)和共用的整流器(4)，通过公共直流母线(7)连接多台电压型逆变器(11)实现对多台高压电机(15)的变频调速运行。降压变压器(3)是根据用户对电网谐波的要求、对电源电压及整流器电压的要求来设计的。根据对电网谐波的要求可按式：h＝k×p±1计算(式中h-谐波次数即影响到电网的谐波次数 k-自然数1，2，3，…… p-整流脉冲数，一组整流器为6脉冲整流。例如，若电网中不允许有5次、7次谐波，则应用二组整流器，即12脉冲整流，而降压变压器(3)为三绕组变压器即一个高压绕组、二个低压绕组。二个低压绕组一个为△/△接法，一个为△/Y接法，保证二者相差30°电角度，以分别供给两组整流桥。若电网要求不含5次、7次、11次、13次谐波，则应采用四绕组变压器和18脉冲整流。整流器(4)采用二极管桥式整流器，整流器数量是可选的，如前所述是根据电网对谐波的要求，来选择整流器的多少，如电网对谐波没有严格要求，而且电网容量大，所传动的高压电机容量相对较小，则可采用一组整流桥，即6脉冲整流方式，这种电网中包含5次、7次谐波。如电机容量较大，可采用二组整流桥。降压变压器如前所述为三绕组变压器如电网对谐波要求很高，不仅不能含有5次、7次谐波，而且也不能含有11次、13次谐波，则可采用三组整流桥，降压变压器采用四绕组变压器，即一个高压绕组，三个低压绕组，它们之间互相20°电角度，当然还可以有四组整流桥，降压变压器采用五绕组变压器，则对电网几乎无谐波影响了。预充电回路(9)是在电压型逆变器(11)上电时，预充电回路(9)闭合通过限流电阻(R)给直流滤波电容滤波器(C)充电，避免合闸时，电容器上产生过电压，击穿电容(C)。当检测该电容端电压超过80％额定电压时，预充电回路断开，主接触器(8)合闸，准备接收控制指令。当检测到过流、过压、欠压、过热等故障时，主接触器(8)跳闸，进入保护状态，保证装置的安全。电压型逆变器(11)可采用ANSALDO公司的SVTL型电压型逆变器，其内的功率元件为IGBT，即该逆变器由IGBT逆变桥、触发单元、控制单元、辅助单元等组成，整流器(4)输出的直流电通过直流母线(7)经预充电回路(9)直流环节滤波器(10)而进入逆变器(11)，根据所输入的控制参数，通过控制单元、触发单元等的控制输出调压调频的波形。LC滤波器(12)的作用是对电压型逆变器(11)输出的PWM波形进行处理，以保证输出电压波形接近正弦波，电压波形畸变率小于3％，达到国家标准的规定，对电机绝缘等级要求大大降低，可以满足原有的老电机的运行要求，不需要因使用变频器而更换电机，而且电流波形的畸变率也非常低，这使得在整个调速范围内，电机转矩的脉动都非常小。升压变压器(13)为二绕组变压器，接线方式为△/Y。作为输出变压器，由于逆变器的输出电压波形为高频调制脉冲波形，尽管经过LC滤波器对波形进行处理，已接近于正弦波，但仍会有一些尖峰毛剌电压，因此对输出变压器需作一些特殊考虑，以保证输出波形不产生畸变、不产生高频振荡，并要降低噪声，同时保证变压器长期运行不超过允许温升。变压器要有足够的热裕量和磁饱和裕量，才可保证变压器不发热，副边不产生波形畸变。
本实用新型工作时，高压电源经高压隔离开关(1)和高压断路器(2)送至降压变压器(3)，经降压变压器将电压降至适合于整流器(4)允许的电压(如690V)，根据电网对谐波的要求，降压变压器(4)可以采用二绕组、三绕组、四绕组或五绕组变压器。再经二极管桥式整流器(4)整流成直流送至公共直流母线(7)，整流器根据降压变压器(4)的绕组的多少可采用6脉冲、12脉冲、18脉冲或24脉冲结构。平衡电抗器(6)在某些情况下也可以省略，它是为消除在多相整流时产生的环流。直流母线(7)为公共的直流母线，所有的电压型逆变器均可挂在此母线上。经预充电回路(9)及主接触器(8)送至各电压型逆变器(11)变频，再经各自的LC滤波器(12)对逆变器的输出波形进行处理后送至升压变压器(14)，经升压变压器升至符合高压电机(15)所需要的电压，高压电机(15)带动其负载(如风机、水泵、压缩机等)。控制电源(17)是为变频装置提供控制电源和高压变频调速所需要的操作电源，以及为各电压型逆变器(11)的冷却风机提供电源，各逆变器可各自进行调速控制，在变频器需检修时，各高压电机也可经各高压断路器(14)和隔离开关各自直接接于高压电源。
本实用新型采用的公共直流母线结构可充分利用能量。在单台高—低—高高压变频调速装置中，当所传动的负载(如风机等到)需停车或制动时，电机处于发电运行状态，此时电机的制动能量通过逆变器传送到它的直流母线上，使直流母线上的电压升高。为将此电压保持在变频器允许的水平上，通常是接入直流制动电阻，使这部分能量消耗在直流电阻上。而本实用新型里如某台变频器传动的负载停车制动时，其制动的能量传送到公用直流母线(7)，使直流母线的电压升高，而此时其它的高压变频器正在运行，可将这部分能量利用，使公用直流母线的电压保持在允许值以内。这就可使能量得到最充分的利用。
Claims (2)
1、一种直流母线结构式电压型高—低—高高压变频调速装置，包括降压变压器(3)、整流器(4)，其特征在于有直流母线(7)与整流器(4)相连接，有两组或两组以上的含有预充电回路(9)和电容滤波器(10)、电压型逆变器(11)、LC滤波器(12)、升压变压器(13)连接形成的电压型变频调速电路并接在直流母线(7)上，高压电机(15)与升压变压器(13)连接。
2、根据权利要求1所述的直流母线结构式电压型高—低—高高压变频调速装置，其特征在于整流器(4)与直流母线(7)之间连接有平衡电抗器(6)。
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