少級多重增容型高中壓變頻調速集成裝置制造方法及圖紙

少級多重增容型高中壓變頻調速集成裝置，由提供少級數多相位低壓工頻電源和中壓工頻電源的少線圈高／中／低壓移相變壓器ＨＭＬＴ、具有升壓增容的少級多重低中壓變頻器ＬＭＦ、利用６～１０ｋＶ普通高壓電動機ＨＭ通過變換其定子繞組接線結構及線圈絕緣結構而改制成的２．３～６ｋＶ增容型中壓變頻調速電動機ＭＭ，以及中壓變頻／工頻切換開關Ｗ１和Ｗ２所集成，其特征在于少線圈高／中／低壓移相變壓器ＨＭＬＴ帶有升壓變頻增容結構和中壓工頻供電結構；增容型中壓變頻調速電動機ＭＭ采用普通高壓電動機的鐵心結構，定子繞組采用中壓等級絕緣結構，非負載端軸承采用絕緣結構，在保持原高壓電動機磁通密度和電流密度不變前提下，可提高其額定輸出功率１～３個標準等級；少級多重低中壓變頻器ＬＭＦ采用３～５變頻單元，并具有容許提升輸入電壓增容功能。在其額定電流不變前提下，通過適度提升變頻單元輸入電壓可增加額定功率０．５～２個標準等級。三相高壓輸入６～１０ｋＶ，高／中壓比例為１∶（１／√３～１／３），低壓匹配為６９０～７５０Ｖ。（*該技術在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及高壓電動機，尤其是一種適宜于高壓電動機節能節材的少級多重增容型 高中壓變頻調速集成裝置。技術背景按照有關規定10kV及以上的電壓稱為高壓；10kV以下至lkV稱為中壓，lkV以下稱為 低壓。而人們習慣地將3kV、 6kV和10kV電壓統稱為高壓，電機廠家統稱3 10kV電動機為 高壓電動機，變頻器廠家統稱3 10kV變頻裝置為高壓變頻器。按照設計規范規定，200kW以上電動機，建議采用高壓電動機。這是因為采用高壓制式 可以顯著降低輸電損耗。另則，同等容量的高壓電動機的啟動電流與額定電流之比明顯小于 低壓電動機，而啟動轉矩與額定轉矩之比則明顯大于低壓電動機；高壓電動機采用髙等級絕 緣，過載能力強，皮實耐用，使用壽命長，在我國諸多領域大量應用。我國各種電動機的總耗電量約占全國總消費電量的60%以上，其中，高壓電動機與低壓電動機對比，數量(臺數)比例約為20%:80%，容量(功率)比例約為60%:40%。近年來， 我國每年總消費電量已突破20000億kW*h，如按電動機的耗電量占全國總消費電量的60%、 高壓電動機的耗電量占電動機耗電量的60%、可改造率暫按30%、微觀(單臺)節電率僅按 30%預測，全國宏觀年節電能力可達20000億kW卟X60y。X6(BX3(^X30。/F648億kW'h。相 當于新建100萬kW機組、年均運行5000小時的大型發電廠20座！綜合電價若按平均0. 5元 /kW'h計算，我國宏觀年節電價值可達0.5元/kW'hX648億kW卟/a二324億元。1997年頒布的《中華人民共和國節約能源法》第三十九條第(二)已明確規定"發展電 機調速節電和電力電子節電技術"。其中，電力電子節電技術的核心就是變頻技術，變頻調速 技術則將電機調速節電技術與電力電子節電技術融為一體。特別是高壓電動機變頻調速節電 技術，已經成為我國節能技術措施中的"重中之重"。至今，已有的針對高壓電動機所采用的變頻調速技術方案主要有以下幾種-傳統的高低高壓型。它通過一臺降壓變壓器先將高壓工頻電源變為低壓工頻電源提供給 低壓變頻器，再將變頻器輸出的低壓變頻電源通過一臺升壓變壓器變為高壓變頻電源，提供 給高壓電動機變頻調速。其缺點是升壓變壓器如果采用普通硅鋼片磁性材料，須加裝輸出濾波器，故成本高；若采用非晶態磁性材料，成本更高；無論哪一種升壓變壓器，在低頻工況下運行，效率都低，功率因數亦低，占地面積大。高高壓型。它通過多支高壓變頻器件串聯方式，實現高壓頻率直接轉換。其缺點是多支 高壓器件串聯采用傳統的均壓方式，可靠性差，故障多，造價高。多級多重高低高壓型。如圖3所示，它通過一臺特制的多線圈高/低壓移相變壓器GLT, 實施高壓工頻電源輸入，多個低壓不同電角度工頻輸出，經多級多重低高壓變頻器LGF，將多個變頻單元不同相位的低壓變頻電源疊加成多脈沖的三相高壓變頻電源，提供給普通高壓 電動機HM變頻調速。鑒于這種多級多重高低高壓型變頻裝置的輸出波形更接近于正弦，高次諧波電壓和電流 均較低，而且采用變壓器移相輸出線圈的均壓方式，提高了串聯高壓器件的可靠性，因而得 到了國內外用戶的青睞，成為當今世界高壓變頻的主流方案之一，簡稱高壓方案。但存在著 以下缺憾(1)普通高壓電動機效率低成本高。這是因為普通高壓電動機HM的絕緣材料占據了定 子鐵心槽窗口 2/3以上的空間，例如10kV等級的定子線圈至少要包扎12層云母帶，相對壓 縮了導體的有效利用空間，導致槽滿率(占空比)不足1/3。為了達到所需功率，勢必加大 槽窗口截面積，通常的設計原則是選擇大號機座制造。而且，為了適應電網電壓的升級，例 如早期的3kV升為6kV，目前的6kV升至10kV，今后為了減少輸電損耗，高壓等級還會進一步升級。總之，高壓電動機的額定電壓越高，絕緣等級也就越高，機座號或者鐵心長度序號 越大，效率越低，功率因數亦低，能耗越大，材耗越大，體積越大，造價越高，運行越不經 濟。因此，基于低效率高成本的普通高壓電動機的變頻調速方案，必然走一條低效率高成本的技術路線。而且，高壓電動機在高壓高頻脈沖下運行，受du/dt、 di/dt影響，定子和轉子 損耗明顯增加，當變頻頻率達到工頻頻率即滿載運行時，電動機往往達不到標稱額定功率，變頻運行溫升也明顯高于工頻工況。(2) 多線圈高/低壓移相變壓器效率低成本高。所用多線圈高/低壓移相變壓器HLT，雖 然其輸出線圈的電壓屬于低壓等級，但線圈對地電壓仍系高壓范疇，而且數量龐大。例如10kV 變頻裝置的變壓器至少繞制24組輸出線圈，高壓絕緣材料占據了變壓器鐵心窗口的相當大的 空間。而標準系列的干式變壓器鐵心窗口是裝不下這么多的高壓等級絕緣的低壓線圈，勢必 加大鐵心窗口尺寸才能制造這種特殊變壓器，磁路冗長必然加大鐵損，引線又多又長固然加 大銅損，與節能型標準系列變壓器對比，效率下降了3% 5%，制造成本增加了 20% 30%。(3) 多級多重低高壓變頻器成本高。例如10kV多重化低高壓變頻器，至少得配置24個 750V電壓等級的變頻單元，導致成本高。尤其是10kV、 800kW以下，6 kV、 800kW以下的多 級多重低高壓變頻器，因受變頻單元最小功率限制，制造成本居高不下，功率越小，單位kW 的成本越高。(4) 產生軸電壓和軸電流，損害軸承。由于變頻器輸出的電壓和電流并非是理想的平滑 正弦波，而是由高載頻多重脈沖電壓和電流疊加包絡合成的準正弦波，受其du/dt和di/dt 影響，加上三相變頻輸出電壓不平衡度高達3%左右，必然引起電動機的轉子感生軸電壓，通 過兩端軸承構成放電回路而產生軸電流，招致軸承噪音大，甚至過早損壞。(5) 變頻單元越多，故障概率越大。眾所周知，電子設備的故障概率取決于元器件的數 量，這就是目前高壓變頻裝置故障較多的主要根源之一。(6) 電壓等級越高，整套設備體積越大。因為電壓等級越高，高壓電動機服體積越大， 多線圈高/低壓移相變壓器HLT體積越大，多級多重低高壓變頻裝置LHF體積越大，于是，構 成一個龐大的變頻調速系統，占地面積和空間都大。前述幾種方案都是基于高壓電動機的變頻調速技術方案。 而今，還有幾種旨在淘汰普通高壓電動機的變頻調速技術方案。例如 內反饋型。它是傳統的串級調速方案的一種改良類型。無論內反饋，還是外反饋，都是 基于繞線型電動機的變頻調速方式。其缺點一是繞線型轉子因其滑環和電刷維護麻煩，故障 多；二是逆變器件晶閘管載頻低，高次諧波大；況且，高壓內反饋調速電機對比同等容量、 同等電壓等級的普通籠型電動機體積大，效率低，成本高，維護量大。常規高低壓型。采用變壓器將高壓工頻電源降為低壓壓工頻電源，用普通低壓電動機取 代普通高壓電動機實施低壓變頻調速。因受低壓電動機制造工藝條件所限，其標準系列最大 容量一般不超過500kW;定子繞組采用低壓等級絕緣，長期在高載波脈沖電壓和高次諧波峰 值電壓下運行，必將加速絕緣老化，乃至發生擊穿燒毀事故。況且，相同容量的高壓電動機 與低壓電動機的底座尺寸亦不同，必須重打基礎，更換對輪。如若改用低壓變頻調速電機， 造價又昂貴。還有兩種利用普通高壓電動機的高低壓變頻調速技術方案。例如 面向高壓電動機的高低壓變頻調速集成裝置，由至少一側繞組為延邊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
少級多重增容型高中壓變頻調速集成裝置，由提供少級數多相位低壓工頻電源和中壓工頻電源的少線圈高／中／低壓移相變壓器ＨＭＬＴ、具有升壓增容的少級多重低中壓變頻器ＬＭＦ、利用６～１０ｋＶ普通高壓電動機ＨＭ通過變換其定子繞組接線結構及線圈絕緣結構而改制成的２．３～６ｋＶ增容型中壓變頻調速電動機ＭＭ，以及中壓變頻／工頻切換開關Ｗ１和Ｗ２所集成，其特征在于少線圈高／中／低壓移相變壓器ＨＭＬＴ帶有升壓變頻增容結構和中壓工頻供電結構；增容型中壓變頻調速電動機ＭＭ采用普通高壓電動機ＨＭ的鐵心結構，定子繞組采用中壓等級絕緣結構，非負載端軸承采用絕緣結構；少級多重低中壓變頻器ＬＭＦ采用３～５變頻單元，并具有容許提升輸入電壓增容功能；三相高壓輸入６～１０ｋＶ，高／中壓比例為１∶（１／√３～１／３），低壓匹配為６９０～７５０Ｖ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂志斗，
申請(專利權)人：呂志斗，
類型：實用新型
國別省市：89[中國|沈陽]