具有模塊化空間結構的高壓變頻器變流單元制造技術

本發明專利技術公開了一種具有模塊化空間結構的高壓變頻器變流單元，由設置在框架結構內且相互隔離的以下模塊化空間組成：高壓整流空間、高壓平波儲流空間、高壓逆變空間、輸出旁路空間、低壓智能屏蔽空間和功率器件驅動回路空間。該交流單元采用立體功能模塊化空間架構組合，電解電容可獨立拆卸，扼流緩沖采用獨創的扼流電感，多回路流量配比強制風冷結構，強大的抗電磁干擾空間布置，具有空間構架合理、抗電磁干擾能力強、散熱性能好、安全性能高的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種高壓變頻器變流單元，應用于多電平單元串聯疊加型高壓變 頻器中的功率換流系統中。
技術介紹
在"十一五"十大重點節能工程之電機系統節能工程中，應用高壓變頻器 對大功率高壓電機進行調速運行而節能就是其中的重要一項。高壓變頻器技術隨 著功率器件性能的t艮而成熟，其核心器件就是強制可開關器件，在此基礎上的10KV電壓等級的高壓變頻器中，成熟應用的就是多電平單元串聯疊加型高壓變頻 器，采用強性開關電力電子器件制作的獨立的變流單元就是高壓變頻器的核心， 每一個變流單元的穩定都決定著整套高壓變頻器的穩定。多電平單元串聯疊加型拓樸的變頻器中的變流單元，是在疊加電平上進行頻 率變換運行的裝置，其電源環境，散熱環境均十分惡劣。要應用的電壓等級越高， 則在每個回路中串起的變流單元越多，其電磁環就越惡劣，對變流單元的性能要 求就越高。由于其電源與工作環境，其控制地電平對外部隨疊加電平的變化而整 體變化，這時對變流單元內的智能控制統則要求一個相對潔靜的電磁環境，即將 主回路上高電壓產生的磁塊的環境與控制芯片電源的低壓回路相互隔離，其相互 隔離的效果將決定其電磁干擾的程度。對應于功率電力電子器件的散熱，其散熱 結構的合理性，將決定其散熱效果的好壞與功率器件的穩定運行。
技術實現思路
本專利技術的目的就是提供一種抗電磁干擾、高低壓回路隔離、散熱性能好的高 壓變頻器變流單元，為實現上述目的，本專利技術所采取的技術方案為該變流單元由設置在框架結構內且相互隔離的以下模塊化空間組成高壓整流空間、高壓平波儲流空間、高壓逆變空間、輸出旁路空間、低壓智能屏蔽空間和功率器件驅動回路空間；交流電壓接入高壓整流空間，高壓整流空間將交流電 壓轉化為脈動直流電壓；從高壓整流空間出來的脈動直流電壓接入高壓平波儲流 空間，高壓平波儲流空間將脈動直流電壓轉化為穩定直流電壓，同時扼制浪涌電 流；從高壓平波儲流空間出來的穩定直流電壓接入高壓逆變空間，高壓逆變空間 將穩定直流電壓轉化為頻率可調節的正弦交流電壓；高壓逆變空間同時連接功率 器件驅動回路空間和輸出旁路空間，功率器件驅動回路空間輸出驅動信號至高壓 逆變空間，輸出旁路空間實現旁路功能；功率驅動回路空間與低壓智能屏蔽空間 相連，低壓智能屏蔽空間對變流單元各空間進行監控，運行邏輯驅動，實現信號 輸入與輸出。框架結構內由主殼體、屏蔽板、板支架、彎形側板和直形側板組成，它們與 散熱器、電解電容組以及風道架形成多通道風冷空間。高壓整流空間內設置全橋整流模塊和功率輸入保險。高壓平波儲流空間內設置輸入扼流電感、電解電容組、均壓功率電阻，其中 輸入扼流電感釆用NP29材質的H型磁環二塊安裝于專用的固定安裝盒內構成，電 解電容組用6只450V的電解電容，以三串兩并的布局排列形成一個穩定的電容組 結構體。高壓逆變空間內設置IGBT模塊和諧波吸收電容。功率驅動回路空間內設置功率驅動模塊和驅動回路線，功率驅動模塊通過驅 動回路線連接IGBT模塊。輸出旁路空間內設置旁路扼流電感和旁#觸器。低壓智能屏蔽空間內設置控制輸入保險、溫度報警器、控制變壓器和智能控 制板。在空間構架方面，該交流單元采用立體功能模塊化空間架構組合，電解電容可獨立拆卸，扼流緩沖采用獨創的扼流電感，多回路流量配比強制風冷結構，具 有強大的抗電磁干擾空間布置。在電氣配置方面，該交流單元具用完備的電氣保 護功能，能扼制加電流與旁路浪涌，控制電氣空間與功率電氣空間相互分離，從 而變流單元在惡劣的電源環境下穩定運行。因此本專利技術具有空間構架合理、抗電 磁干擾能力強、散熱性能好、安全性能高的特點。 附圖說明圖l為本專利技術的電路原理框圖； 圖2為本專利技術的電路圖； 圖3為本專利技術立體空間模塊組合爆炸圖； 圖4本專利技術框架多通路風冷結構圖； 圖5為本專利技術輸入扼流電感結構圖； 圖6為本專利技術旁路扼流電感結構圖； 圖7為本專利技術電解電容組結構外形圖； 圖8為本專利技術整流回路結構外形圖； 圖9為本專利技術逆變回路結構外形圖； 圖IO為本專利技術功率回路結構外形圖。 圖11為本專利技術控制回路結構外形圖。 具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做詳細描述如圖1和圖3所示，該交流單元由以下模塊化空間組成高壓整流空間、高 壓平波儲流空間、高壓逆變空間、輸出旁路空間、低壓智能屏蔽空間和功率器件 驅動回路空間，各空間設置在框架結構內，處于獨立的結構空間內。在空間組合 完成后，其逆變回路、功率回路、整流回路、控制回路均處于獨立的結構空間內， 通過空間的隔離，形成良好的整體電磁空間環境。高壓整流空間核心電壓等級為600V-660V交流電壓，高壓平波儲波空間的核心電壓等級為800V-1000V的直流電 壓，高壓逆變空間核心電壓等統級為0V-660V頻率可調的交流電壓，功率驅動回 路空間的核心電壓是± 10V直流脈沖電壓，低壓智能屏蔽空間核心電壓是5V-15V 低壓直流電壓，輸出旁路空間核心電壓是220V交流電壓。如圖2所示，變流單元輸入接660V交流電，分為兩路， 一路為主功率部分， 電流在100A以上，接入功率輸入保險6，另一路為控制部分，電流在2A左右， 接入控制輸入保險15,其接入可以接入同一路輸入，也可以根據實現功能的要求 而分開接線。控制輸入保險15接控制變壓器13，控制電流經隔離變壓器隔離后 分為多個獨立的不同電壓等級的控制電源智能控制板14,為整個變流系統提供控 制電。功率輸入保險6在中間并聯壓敏電阻16后接入全橋整流模塊5 ，全橋整流 模塊5的輸出正極接入電解電容組3的正極，全橋整流模塊5的輸出負極接入輸 入扼流電感1,通過輸入扼流電感1后的全橋整流模塊5的輸出負極接入電解電 容組3的負極。電解電容組3并聯均壓功率電阻10,在每個半橋回路上，均并聯 諧波吸收電容8。從IGBT模塊4形成的H橋電路的輸出端并聯接入旁路扼流電感 2和旁員觸器12構成的旁路系統，引入為變資4莫塊的輸出，其為頻率可調的正 弦波。功率驅動才莫塊7發出的驅動信號安全地通過驅動回路線9傳到IGBT模塊4 的驅動端子上。溫度報警器11接入IGBT模塊4形成的H橋電路，電解電容組3、 旁路接觸器12均與智能控制板14的采集控制接口相聯連，使智能控制板14對 整個變流單元進行檢測與控制，并通過光纖接口接收主控制器的信號，輸出相應 的波形與相應的邏輯狀態。如圖4所示，主殼體21、屏蔽板22、板支架、彎形側板和直形側板、散熱 器20、電解電容組3以及風道架形成多通道風冷空間。散熱器20和彎形側板在 散熱器的肋片上形成了一個主散熱風道結構；由散熱器20的表面與屏蔽板22形 成了變流單元內部小流量風道，其通過在主殼體21后部的表面散熱流量限制過孔來配比其和主散熱風道的風流量對比參數。在其下方是電解電容組3,在主殼 體21的底部設計有電容散熱流量限制過孔，其均處于電解電容之間的空隙，從 而使均速的氣流均勻通過電解電容側面，對其進行均勻散熱。如圖5和圖6所示，輸入扼流電感1是實現在加電瞬間，外部電壓直接加入， 4電容電壓為零時，并會產生較大的浪涌電流，輸入扼流電感就是通過抑制在電 壓的dv/dt極大時的di/dt變化，實現在一個交流周波內電容充電初始電流在全 橋整流模塊5的安全區內。輸入扼流電感為專門設計，采用2快NP29的大型磁 環，安本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有模塊化空間結構的高壓變頻器變流單元，其特征在于由設置在框架結構內且相互隔離的以下模塊化空間組成：高壓整流空間、高壓平波儲流空間、高壓逆變空間、輸出旁路空間、低壓智能屏蔽空間和功率器件驅動回路空間；交流電壓接入高壓整流空間，高壓整流空間將交流電壓轉化為脈動直流電壓；從高壓整流空間出來的脈動直流電壓接入高壓平波儲流空間，高壓平波儲流空間將脈動直流電壓轉化為穩定直流電壓，同時扼制浪涌電流；從高壓平波儲流空間出來的穩定直流電壓接入高壓逆變空間，高壓逆變空間將穩定直流電壓轉化為頻率可調節的正弦交流電壓；高壓逆變空間同時連接功率器件驅動回路空間和輸出旁路空間，功率器件驅動回路空間輸出驅動信號至高壓逆變空間，輸出旁路空間實現旁路功能；功率驅動回路空間與低壓智能屏蔽空間相連，低壓智能屏蔽空間對變流單元各空間進行監控，運行邏輯驅動，實現信號輸入與輸出。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李凱，郭兆靜，吳士洪，姚繼濱，
申請(專利權)人：山東泰開自動化有限公司，
類型：發明
國別省市：37[中國|山東]