風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置的製作方法

2023-05-18 08:35:56 3

專利名稱：：風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置的製作方法
技術領域：
：風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置才^術領域本實用新型屬於變頻調速裝置領域，涉及一種風機、水泵專用的變頻調速裝置，特別適用於風機、水泵等單象限運行負載的中壓變頻調速裝置。技術背景變頻調速以其優異的調速和啟動性能，高效率、高功率因數和節電效果等眾多優點而被認為是最有發展前途的調速方式之一。隨著中大功率高壓變頻調速技術的發展，中高壓變頻調速裝置得到廣泛的應用。長期以來，由於電力電子元器件的耐壓等級和承受的電流受到限制，造成與6KV、IOKV供電電壓匹配上的難題，因此目前國內中高壓變頻調速裝置，只能由多個低壓H橋變頻功率單元串聯疊加而成，由多個變頻功率單元串聯，構成一相，三相星形連接與電機相連接。這種多級低壓IGBT變頻功率單元串聯疊加的變頻調速裝置的不足之處在於電路的每個基本單元都需要一個獨立的直流電源，隨著電平數增加，串級電路單元使用的直流電源數也大量增加，使用的功率單元及功率器件數量多，增加設備投入，裝置體積大，佔用安裝空間大。每一項串聯的功率單元多，故障率較高。故障率與串聯單元個數成正比。
發明內容本實用新型所要解決的問題在於，克服現有技術的不足，提供一種由中壓H橋變頻功率單元串聯疊加的中壓變頻調速裝置，專用於單象限運行負載的風機、水泵等。本實用新型解決其技術問題是採取以下技術方案實現的依據本實用新型提供的一種風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置，包括變頻功率單元、電源隔離變壓器、控制器，該裝置由多個H橋中壓變頻功率單元疊加組成，多個中壓H橋變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與電機相連接；所述的變頻功率單元為交一直一交三相整流/單相逆變電路，整流惻為高壓二極體三相全橋，通過IGBT逆變橋進行PWM脈寬調製，獲得單相交流輸出，輸出側由每個變頻功率單元的U、V輸出端子互相串聯組成星形連接，給電機供電；電源隔離變壓器的副邊繞組分為多組，一種繞組接成三角形，另一種繞組接成星形，分別對變頻功率單元的整流橋供電；控制器由高速數位訊號處理器DSP、工控機及PLC可編程序控制器組成，控制器與變頻功率單元之間採用光纖通訊技術。本實用新型解決其技術問題是採取以下技術方案進一步實現前述的6KV中壓變頻調速裝置由6個中壓H橋變頻功率單元疊加組成，每2個變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與6KV電機相連接。前述的10KV中壓變頻調速裝置由9個中壓H橋變頻功率單元疊加組成，每3個變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與10KV電機相連接。本實用新型與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果。本實用新型採用直流側相互分離的直流電源，不存在電壓均衡問題，該裝置結構簡單清晰，控制方法相對簡單，可分別對每級進行P畫脈寬控制，無需箝位二極體或箝位電容，易於封裝，單元模塊化，而且不存在中間直流電壓中點偏移問題，變頻功率單元數量較少。該裝置採用高速數位訊號處理器DSP,具有極高的運算速度和強大的計算能力，保證本系統控制部分的可靠':生，高的實時性，從而為P窗脈寬調製實現強大的硬體保證。控制器與變頻功率單元之間採用光纖通訊技術，以解決強弱電隔離、幹擾問題。因此，系統的抗幹擾性、安全性極高。該裝置調速範圍大，高效節能，輸入功率因數高，啟動性能好，延長電機和機械系統使用壽命，減少維修費用，使用、維護方便。本實用新型的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細給出。圖1本實用新型的系統接入圖；圖26KV變頻調速裝置兩個變頻功率單元串聯疊加示意圖；圖310KV變頻調速裝置三個變頻功率單元串聯疊加示意圖；圖46KV變頻調速裝置的結構框圖；圖510KV變頻調速裝置的結構框圖；圖66KV變頻調速裝置的結構圖；圖710KV變頻調速裝置的結構圖；圖8本實用新型的變頻功率單元電路原理圖。具體實施方式以下結合附圖，以6KV和10KV中壓變頻調速裝置為例，對依據本實用新型提供的具體實施方式、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。見圖1,本裝置採用QF高壓斷路器直接接入高壓，通過本裝置HYVERT-HV高壓輸出。見圖2,6KV中壓變頻調速裝置，每相採用2個中壓變頻功率單元串聯五電平技術，變頻裝置由6個中壓變頻功率單元串聯而成，疊加後達到"00V高壓輸出目的。見圖3,10KV中壓變頻調速裝置，每相採用3個中壓變頻功率單元串聯七電平技術，變頻裝置由9個中壓變頻功率單元串聯而成'疊加後達到10KV高壓輸出的目的。見圖4,6KV中壓變頻調速裝置中，各個中壓變頻功率單元由輸入的電源隔離變壓器的二次線圈分別供電，每個變頻功率單元額定電壓190^，每相2個，因此相電壓為3812V,所對應的線電壓為6M0V，給功率單元供電的一組二次線圈接成三角形，相鄰的另一組二次線圈接成星形，雖然兩個繞組的電壓相同，但相位相差30。角，這樣低次諧波在變壓器初級將會有相移，因而能消除低次諧波。見圖5,10KV中壓變頻調速裝置中，各個中壓變頻功率單元由輸入的電源隔離變壓器的二次線圈分別供電，每個變頻功率單元額定電壓為1925V,每相3個，因此相電壓為5774V,所對應的線電壓為10000V,給變頻功率單元供電的一組二次線圏接成三角形，相鄰的另一組二次線圈接成星形，兩個繞組的電壓相同，相位相差30。角，這樣低次諧波在變壓器初級將會有相移，因而能消除低次諧波。下面敘述6KV、10KV中壓變頻調速裝置的結構。採用中壓變頻功率單元串聯疊加技術，直接輸入6KV、10KV,直接輸出6KV、IOKV。如圖6所示，6KV中壓變頻調速裝置由6個變頻功率單元組成，每2個變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與電機連接，直接給6KV電機供電。如圖7所示，10KV中壓變頻調速裝置由9個變頻功率單元組成，每3個變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與電機連接，直接給10KV電機供電。控制器由T工公司生產的高速數位訊號處理器DSP(TMS320LF2407A)、工控機及PLC組成。DSP實現8個16位PWM波生成，開環、閉環控制、快速保護及通訊功能》工控機提供人機界面，PLC完成開關量信號邏輯處理；運行、故障聯鎖，同時滿足用戶特殊要求。控制器與變頻功率單元之間採用光纖通訊技術，以解決強弱電隔離，幹擾問題。因此，系統的抗千擾性及安全性極高。控制電源還配備了UPS,控制電源一旦掉電，UPS繼續供電，確保變頻調速裝置可靠運行。見圖8,中壓變頻功率單元為交一一直一一交，三相整流/單相逆變電路。整流部分為高壓二極體三相全橋，通過GBT逆變橋進行PWM脈寬調製，可獲彈單相交流輸出。輸入側由電源隔離變壓器供電。變壓器付邊繞組分為多組。一種繞組接成三角形，另一組繞組接成星形。分別對中壓變頻功率單元整流橋供電，兩組次級線圈電壓相同，但相位相差30°角，這樣低次諧波在變壓器初級將會有相移，因而能消除低次諧波。由於中壓變頻功率單元串聯，可構成多級移相整流方式，較好地改善電網側的電流波形，大大提高網側的功率因數。付邊繞組的獨立性，使每個中壓變頻功率單元的主迴路相對獨立，不存在電壓均衡問題，不存在中間直流電壓中點偏移問題，安全、可靠。輸出側由每個中壓變頻功率單元的U、V輸出端子互相串聯組成星形連接，給電機供電。通過對每個中壓變頻功率單元的PWM波形進行疊加，可得階梯正弦PWM波形，當中壓變頻功率單元出現故障時，可將故障單元旁路退出系統，變頻裝置降額繼續進行，每個中壓變頻功率單元在結構及電氣性能上相同，可以互換。每個中壓變頻功率單元都構成三相輸入、單相輸出的PWM脈寬調製的變頻器，其輸出電壓為+V、0、-VIX。H橋開關函數、開關狀態和輸出電壓之間的關係如下表。tableseeoriginaldocumentpage7注S,.S產l表示功率開關Si.S.,開通。SkS^0表示功率開關SlS,關斷。十Vw為橋的直流母線電壓。權利要求1.一種風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置，包括變頻功率單元、電源隔離變壓器、控制器，其特徵在於該裝置由多個H橋中壓變頻功率單元疊加組成，多個中壓H橋變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與電機相連接；所述的變頻功率單元為交—直—交三相整流/單相逆變電路，整流側為高壓二極體三相全橋，通過IGBT逆變橋進行PWM脈寬調製，獲得單相交流輸出，輸出側由每個變頻功率單元的輸出端子互相串聯組成星形連接，給電機供電；電源隔離變壓器的副邊繞組分為多組，一種繞組接成三角形，另一種繞組接成星形，分別對變頻功率單元的整流橋供電；控制器由高速數位訊號處理器DSP、工控機及PLC可編程序控制器組成，控制器與變頻功率單元之間採用光纖通訊技術。2.根據權利要求1所述的風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置，其特徵在於6KV中壓變頻調速裝置由6個中壓H橋變頻功率單元疊加組成，每2個變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與6KV電機相連接。3.根據權利要求1所述的風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置，其特徵在於10KV中壓變頻調速裝置由9個中壓H橋變頻功率單元疊加組成，每3個變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與IOKV電機相連接。專利摘要本實用新型涉及一種風機和水泵專用的中壓變頻調速裝置，由多個H橋中壓變頻功率單元疊加組成，多個中壓H橋變頻功率單元串聯構成一相，三相星形連接，與電機相連接。變頻功率單元為交-直-交三相整流/單相逆變電路，整流側為高壓二極體三相全橋，通過IGBT逆變橋進行PWM脈寬調製，獲得單相交流輸出，輸出側由每個變頻功率單元的輸出端子互相串聯組成星形連接，給電機供電。該裝置結構簡單清晰，控制方法相對簡單，抗幹擾，安全性極高，同時調速範圍大，高效節能，輸入功率因數高，啟動性能好，延長電機和機械系統使用壽命，由於變頻功率單元數量較少，減少了維修費用，使用維護方便，單元模塊化。文檔編號H02P27/04GK201041997SQ20062015177公開日2008年3月26日申請日期2006年12月15日優先權日2006年12月15日發明者歸寶和申請人:天津華雲自控股份有限公司