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浅谈单元串联式高压变频器的整体结构设计

2014-04-14 15:37:13

  浅谈单元串联式高压变频器的整体结构设计
  The Talking Series High Voltage Inverter Unit as a Whole Structural Design

  山东新风光电子科技发展有限公司   郑培峰  侯荣芳
  Zheng Peifeng  Hou Rongfang

  摘要:本文介绍了高压变频器整体结构历经的几个过程,以及小功率高压变频器结构设计的发展方向。
  关键词:冗余设计  改型  高密度  一体化设计
  Abstract: This paper introduces the development direction of the overall structure of the high-voltage inverter after several process, as well as the design of low-power high-voltage inverter structure.
  Keywords: Redundant design    Modification  High-density   Integrated design
  1引言
  隨着国内高压变频器行业的不断崛起,变频器的结构也不断从效仿到逐步改进,到优化到创新的不断演变过程。变频器结构的变化,即体现了结构设计人员的创新,同时也是对追求节能降耗方面持续认知的过程。从无到有,从有到大,从大到精,高压变频器结构的发展也历经了不同发展阶段,其排布形式也不断涌现。
  总的来说,高压变频器结构主要包括变换装置、控制装置、切分装置。其基本结构无外乎几个结合:功率柜与控制柜的结合、功率柜与变压器(柜)的结合,功率柜与切换柜的结合,功率柜与功率单元的结合。这些结合的优劣,则体现了高压变频器的体积大小,同时也关乎于成本的权重。其中不少的结构排布,也都写入了专利。
  2高压变频器整体结构的发展
  高压变频器整体结构的发展大致历经了三个阶段:
  2.1冗余设计阶段
  设计之初,为保证产品的可靠性、稳定性,采用双重冗余设计的模式,即加大了单元的数量,也增大了各器件的选型。10kV采用每相10个单元或13个单元,6kV采用每相6个单元或8个单元;功率器件选型余量大至2.5倍甚至3倍,电解电容选择90-120UF/A,变压器铁芯、风机风量选型都不同程度的大一规格。其排布则延续传统的排布模式,即从左往右依次为切换柜、变压器柜、(接线柜)、功率柜、控制柜的模式,其外形如图(1):

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  图(1)

  其抽屉式[1]功率单元在功率柜的排布:6kV级、10kV级均是从左往右分别三相,每相竖排。6kV级每相6个单元的竖排;10kV级为前后布置,10个单元的前5后5组合成一相,13个单元的前7后6组合成一相。接线方式从移相变压器次级出来,经接线柜从功率柜底部进入各相,每相之间均有加线板。具体排布6kV如图(2)、10kV如图(3):

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                                       图(2)                                                             图(3)
  2.2改型阶段
  随着高压变频器市场规模的不断扩大,用户对变频的苛求也越来越严格。作为产品开发商,也不断为提升产品质量与档次作着不懈努力,所用柜体也由原来的单一种类向更宽范方向发展,其产品功能、质量与外形都在不断升级。同规格变频器原体积如图(4)。其单元结构排布也有了更新的认知,由于原来每相竖排所用电缆多、结构复杂、附加成本大,便改为每相单元横排,使变压器次级引线分别对应A、B、C三相,不再有接线柜,直接通过电缆托板到达各单元,不再迂回,其控制柜也由原来的600mm转为400mm。另一个飞跃则是每相单元数量的减少,如10kV改为8单元/相,6kV改为5单元/相。功率单元数量少了,其整机质量并没有受到影响,相反其故障点却相应减少,加之电路结构上星点漂移技术的应用,使得变频器性能更加优越。功率柜具体排布情况,6kV5个单元,每相横向分布,上、中、下三相如图(5)所示。10kV如果采取单元前后放置,每相前4后4,如图(6)所示:

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  图(4)
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                                图(5)                                                          图(6)
  2.3高密度、一体化设计阶段
  质量提升、性能提升是永不休止的目标,高压变频器的结构也是面临不同时期的挑战,随着对资源、能源的更加关注,对变频器的集成化程度要求也越来越高。如何设计出高性能低成本、高密度排布的变频器,则成为各同行企业关注的焦点,也成为结构设计人员的努力方向。高压变频器新型结构[2]于是有了现在的从买来直接应用到设计上相互协作阶段。
  移相变压器作为单元串联变频器中不可或缺的关键部件,一直默守成规,甚至多年不变,在结构设计中它的改变则成为设计中新的突破,其位置的重要性再一次被发掘被重视。于是变频器的常规排布则被争相改变。不少结构设计者煞费苦心,让变频器不同变换身位,来改变其应有的占用空间。常规变压器的铁芯大多是立式的,设计者要求厂家将它改为横式排布,平式排布;其位置也有在功率柜的一侧横排,改为一侧竖排,甚至由左侧移至后侧如图(7);还有的将功率单元放在变压器的上面,其下面为切换柜、变压器柜、控制柜,如图(8)[3]这一拓展,思路不谓不宽,体积不谓不小。毕竟体积小,所用柜体就少;结构紧凑了,所用连接大线也相对减少; 风道系统[4]由于做到了风机共用,减少了损耗。

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  图(7)
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  3结束语
  总之结构设计,于无形中见有形,于千变万化中又不离其中。在变频器行业百花齐放的时代,相信你的设计会更加独具匠心。
  高压变频器作为十二五规划中重点推广使用[5]的节能型产品,其产品性能只有持续升级,结构不断优化,方能适应新时期高新技术产品要求。

 

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