[發明專利]三電平高壓大功率水冷變頻器系統

在審

• 申請號: 201711497980.0
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN107911009A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 譚國俊;王浩;楊波;秦振;封安波;李輝
• 申請（專利權）人: 徐州中礦大傳動與自動化有限公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司32206
• 代理人: 杜靜靜

技術領域

本發明涉及一種變頻器，具體涉及一種三電平可拓展橋臂并聯高壓大功率水冷變頻器，屬于電氣控制結構部件技術領域。

背景技術

目前大功率變頻器應用技術（CN201420283871.4發明專利）已經比較成熟，大多數都可以實現相應的模塊化設計，為了提高功率元器件的散熱效率也正在逐步采用日漸完善的水冷散熱方式，極大的提升了整機的輸出功率，但是當輸出功率提升到一定程度后，變頻器整體結構體積嚴重超過現場使用環境需求：現有技術的散熱水冷版采用傳統的單流道串聯結構，散熱效率較低、損耗大；傳統的變頻器單個功率單元模組內部一般采用單橋臂模式，現有技術的三電平上下橋臂是分開安裝在一塊水冷板的雙側，每項功率單元模組只能實現單一橋臂的變頻功能，所以需要2套變頻器柜體才能實現完整的三電平交直交整流、逆變變頻器功能，導致現有的變頻器結構體積太大；由于一個橋臂的元器件安裝在水冷板兩側，上下橋臂回路較長，需要使用過壓吸收電容壓制母線過壓；每項功率元器件的控制、觸發、信號傳輸、遠程監控、供電等功能都需要單獨采用一組光纖和電源線，所以每項功率單元模組對外都需要連接大量的光纖和電源線，導致整體接線混亂；除功率單元模組外，其他組件布置混亂、分散，不利于拓展應用范圍；而采用多臺變頻器并聯方式時，由于功率單元模組相互間并聯距離相對較遠，因為內部元器件參數的分散性，有可能在多臺變頻器之間形成危害很大的環流，無法有效地抑制母線過壓，直接影響系統的安全性；因為缺少有效的監控保護手段，無法實時檢測水冷板、功率元器件工作狀態，而導致功率管頻頻損壞。因此急需一種新的設計方案解決這些技術問題。

發明內容

本發明正是針對現有技術中存在的技術問題，提供了一種三電平可拓展橋臂并聯高壓大功率水冷變頻器，整套變頻器系統采用橋臂并聯結構，整體設計更緊湊，可以有效的減少系統環流，抑制了母線過壓等問題，而變頻器在現有結構體積的基礎上實現2-3倍的輸出功率提升。通過雙橋臂功率單元模組內部左右橋臂并聯、雙橋臂功率單元模組并聯等不同方式、數量進行組合，靈活多樣化實現變頻器多種輸出功率的拓展，適應不同輸出功率需求的應用場合；在空間占有率、成本對比、性能穩定可靠、輸出功率擴容等方面都占據了極大的性能優勢，進一步提高了產品輸出功率的應用范圍。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下，一種三電平高壓大功率水冷變頻器系統，其特征在于，包括：全數字調節柜、基于雙橋臂功率單元的變頻器柜、水循環散熱系統柜；所述全數字調節柜2基于雙橋臂功率單元的變頻器柜、水循環散熱系統柜從左至右相互組裝并柜形成一套完整的高壓大功率水冷變頻器系統。

作為本發明的一種改進，所述的全數字調節柜2包含核心控制模組、輔助供電系統、人機對話系統以及柜體，所述核心控制模組采用DSP+FPGA結構的矢量控制器，以32位數字型號處理器為核心；實現速度閉環控制、單位功率因數控制、變頻矢量控制、電流閉環控制、故障診斷等功能。安裝在全數字調節柜體前部；所述輔助供電系統用于為整個系統輔助控制提供穩定的運行電源，安裝在柜體后部；所述人機對話系統采用觸摸屏人機對話操作界面，安裝在柜體前部中間位置。

作為本發明的一種改進，所述的基于雙橋臂功率單元的變頻器柜包含柜體以及安裝在柜體內的三組雙橋臂功率單元模組、放電模組、傳感器模組、備用拓展支撐電容模組，所述雙橋臂功率單元模組安裝在柜體前部；所述放電模組通過螺栓固定在柜體上部左側，所述傳感器模組通過螺栓固定在柜體上部右側，所述備用拓展支撐電容模組設置在雙橋臂功率單元模組上方。基于雙橋臂功率單元的變頻器采用了AFE有源前端技術，先進的背靠背三電平交直交變頻方式，保證變頻器電源側穩定的實現四象限運行。其中功率單元模組采用雙橋臂方式，功率單元模組內水冷板兩側，每側單獨設計三電平變頻器一個橋臂，分別實現單橋臂的整流、逆變功能，作為普通變頻器柜使用，三套功率單元模組實現一個具備完整整流、逆變功能的變頻器柜。需要擴展變頻器輸出功率時，左右可以進行橋臂并聯，單獨實現整流或者逆變功能，優化后的結構可以有效地抑制母線過壓、變頻器并聯的環流問題，高整機性能。