三电平高压大功率水冷变频器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三电平高压大功率水冷变频器系统，包括：全数字调节柜、基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜,所述部件从左至右相互组装并柜形成一套完整的高压大功率水冷变频器系统，其中：励磁绕组柜采用三相6脉冲整流，实现对同步机电动机转子册励磁电流的调节功能；全数字调节柜采用DSP+FPGA结构矢量控制器，以32位数字型号处理器为核心；桥臂并联变频器柜采用单元模组、桥臂并联的拓扑结构方式，可通过双桥臂功率单元模组内部左右桥臂并联、双桥臂功率单元模组并联或基于双桥臂功率单元的变频器柜并联等方式拓展变频器整机功率。本发明专利技术能够有效实现快速安装维护、在现有技术体积的基础上变频器整机实现2倍甚至更大的输出功率。

【技术实现步骤摘要】
三电平高压大功率水冷变频器系统
本专利技术涉及一种变频器，具体涉及一种三电平可拓展桥臂并联高压大功率水冷变频器，属于电气控制结构部件

技术介绍
目前大功率变频器应用技术（CN201420283871.4专利技术专利）已经比较成熟，大多数都可以实现相应的模块化设计，为了提高功率元器件的散热效率也正在逐步采用日渐完善的水冷散热方式，极大的提升了整机的输出功率，但是当输出功率提升到一定程度后，变频器整体结构体积严重超过现场使用环境需求：现有技术的散热水冷版采用传统的单流道串联结构，散热效率较低、损耗大；传统的变频器单个功率单元模组内部一般采用单桥臂模式，现有技术的三电平上下桥臂是分开安装在一块水冷板的双侧，每项功率单元模组只能实现单一桥臂的变频功能，所以需要2套变频器柜体才能实现完整的三电平交直交整流、逆变变频器功能，导致现有的变频器结构体积太大；由于一个桥臂的元器件安装在水冷板两侧，上下桥臂回路较长，需要使用过压吸收电容压制母线过压；每项功率元器件的控制、触发、信号传输、远程监控、供电等功能都需要单独采用一组光纤和电源线，所以每项功率单元模组对外都需要连接大量的光纤和电源线，导致整体接线混乱；除功率单元模组外，其他组件布置混乱、分散，不利于拓展应用范围；而采用多台变频器并联方式时，由于功率单元模组相互间并联距离相对较远，因为内部元器件参数的分散性，有可能在多台变频器之间形成危害很大的环流，无法有效地抑制母线过压，直接影响系统的安全性；因为缺少有效的监控保护手段，无法实时检测水冷板、功率元器件工作状态，而导致功率管频频损坏。因此急需一种新的设计方案解决这些技术问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种三电平可拓展桥臂并联高压大功率水冷变频器，整套变频器系统采用桥臂并联结构，整体设计更紧凑，可以有效的减少系统环流，抑制了母线过压等问题，而变频器在现有结构体积的基础上实现2-3倍的输出功率提升。通过双桥臂功率单元模组内部左右桥臂并联、双桥臂功率单元模组并联等不同方式、数量进行组合，灵活多样化实现变频器多种输出功率的拓展，适应不同输出功率需求的应用场合；在空间占有率、成本对比、性能稳定可靠、输出功率扩容等方面都占据了极大的性能优势，进一步提高了产品输出功率的应用范围。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，一种三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，包括：全数字调节柜、基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜；所述全数字调节柜2基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜从左至右相互组装并柜形成一套完整的高压大功率水冷变频器系统。作为本专利技术的一种改进，所述的全数字调节柜2包含核心控制模组、辅助供电系统、人机对话系统以及柜体，所述核心控制模组采用DSP+FPGA结构的矢量控制器，以32位数字型号处理器为核心；实现速度闭环控制、单位功率因数控制、变频矢量控制、电流闭环控制、故障诊断等功能。安装在全数字调节柜体前部；所述辅助供电系统用于为整个系统辅助控制提供稳定的运行电源，安装在柜体后部；所述人机对话系统采用触摸屏人机对话操作界面，安装在柜体前部中间位置。作为本专利技术的一种改进，所述的基于双桥臂功率单元的变频器柜包含柜体以及安装在柜体内的三组双桥臂功率单元模组、放电模组、传感器模组、备用拓展支撑电容模组，所述双桥臂功率单元模组安装在柜体前部；所述放电模组通过螺栓固定在柜体上部左侧，所述传感器模组通过螺栓固定在柜体上部右侧，所述备用拓展支撑电容模组设置在双桥臂功率单元模组上方。基于双桥臂功率单元的变频器采用了AFE有源前端技术，先进的背靠背三电平交直交变频方式，保证变频器电源侧稳定的实现四象限运行。其中功率单元模组采用双桥臂方式，功率单元模组内水冷板两侧，每侧单独设计三电平变频器一个桥臂，分别实现单桥臂的整流、逆变功能，作为普通变频器柜使用，三套功率单元模组实现一个具备完整整流、逆变功能的变频器柜。需要扩展变频器输出功率时，左右可以进行桥臂并联，单独实现整流或者逆变功能，优化后的结构可以有效地抑制母线过压、变频器并联的环流问题，高整机性能。作为本专利技术的一种改进，所述双桥臂功率单元模组包含单元壳体组件以及设置在壳体内部的散热水冷板、功率器件、两项单桥臂交流叠层母线、直流支撑叠层母线和直流支撑电容；所述散热水冷板两侧，每侧均布一个桥臂的功率器件，安装一项单桥臂交流叠层母线，单独设计成一项三电平变频器桥臂；所述直流支撑叠层母线安装在两项单桥臂交流叠层母线上部，连接两项单桥臂交流叠层母线3直流侧，直流支撑电容安装在直流支撑叠层母线上。所述双桥臂功率单元模组采用三电平主回路拓扑结构，产生5阶输出线电压，电流畸变率低，电磁噪音小，动静态性能优良，且开关频率低，损耗小、效率高，实现真正意义上的主动四象限运行。在双桥臂功率单元模组内部水冷板两侧，每侧单独设置一项三电平变频器桥臂，分别实现单桥臂的整流、逆变功能，三套双桥臂功率单元模组安装在柜体前部；需要扩展变频器输出功率时，所述双桥臂功率单元模组左右进行桥臂并联，单个功率单元模组实现一个整流或者逆变功能，所述散热水冷板内在现有技术双面安装的基础上，采用新型的三流道并联方式，在保证水冷板散热效率的基础上大幅度减少供水流量、流损；流道内采用细齿式结构，使冷却液形成波浪式流动，进一步加大散热效果，有效减小水循环系统装机容量，节约整机成本。作为本专利技术的一种改进，所述水循环散热系包含水-风热交换器、主循环水泵、膨胀气囊、去离子系统及监测控制系统，所述主循环水泵、离子系统、补水泵通过系统管路采用螺栓、法兰连接方式固定安装在机芯框架下部，膨胀气囊、监测控制系统采用螺栓连接方式固定安装在机芯框架上部，去水-风热交换器固定在室外进行热交换。作为本专利技术的一种改进，变频器系统还包括励磁绕组柜，所述励磁绕组柜设置在全数字调节柜的另一侧。作为本专利技术的一种改进，所述励磁绕组系统柜包含可控硅整流模组、过压保护模组、阻容吸收模组、控制模组以及风冷散热系统；所述风冷散热系统设置在柜体的上方，所述控制模组设置在柜体内部，所述可控硅整流模组、过压保护模组、阻容吸收模组设置在控制模组的上方，所述可控硅整流模组、过压保护模组、阻容吸收模组、控制模组及风冷散热系统通过螺栓、导轨等连接方式固定安装在柜体相应位置。该方案励磁绕组系统采用三相6脉冲拓扑原理，设置快速熔断回路、过压保护模组、阻容吸收模组、控制模组、风冷散热系统增加快熔保护功能，快速吸收系统交流的尖峰电压，降低di/dt，有效抑制操作过电压的瞬间振荡和高频电流，避免过电流而损坏晶闸管，提高晶闸管使用寿命，大大提高系统可靠性。作为本专利技术的一种改进，所述可控硅整流模组包括模组风道框架、六支可控硅晶闸管、六个可控硅散热器、快速熔断器、电流传感器及连接铜排；所述模组风道框架，采用绝缘材料，整体设计成三路散热风道，与柜体风道配合形成一个完整的散热循环回路；所述1支可控硅晶闸管和1个可控硅散热器组装在一起形成一个模块，六个模块沿着模组风道框架滑道安装；所述快速熔断器安装在可控硅整流模组前侧；所述可控硅散热器下部模组风道框架风道内增加RC阻容吸收回路；所述可控硅晶闸管、可控硅散热器、快速熔断器、电流传感器通过连接铜排相互连接，整体与风道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，包括：全数字调节柜、基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜；所述全数字调节柜、基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜从左至右相互组装并柜形成一套完整的高压大功率水冷变频器系统。

【技术特征摘要】
1.一种三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，包括：全数字调节柜、基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜；所述全数字调节柜、基于双桥臂功率单元的变频器柜、水循环散热系统柜从左至右相互组装并柜形成一套完整的高压大功率水冷变频器系统。2.根据权利要求1所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述的全数字调节柜包含核心控制模组、辅助供电系统、人机对话系统以及柜体，所述核心控制模组采用DSP+FPGA结构的矢量控制器，以32位数字型号处理器为核心；安装在全数字调节柜体前部；所述辅助供电系统用于为整个系统辅助控制提供稳定的运行电源，安装在柜体后部；所述人机对话系统采用触摸屏人机对话操作界面，安装在柜体前部中间位置。3.根据权利要求1所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，所述的基于双桥臂功率单元的变频器柜包含柜体以及安装在柜体内的三组双桥臂功率单元模组、放电模组、传感器模组、备用拓展支撑电容模组，所述双桥臂功率单元模组安装在柜体前部；所述放电模组通过螺栓固定在柜体上部左侧，所述传感器模组通过螺栓固定在柜体上部右侧，所述备用拓展支撑电容模组设置在双桥臂功率单元模组上方。4.根据权利要求3所述的的三电平高压大功率水冷变频器系统，所述双桥臂功率单元模组包含单元壳体组件以及设置在壳体内部的散热水冷板、功率器件、两项单桥臂交流叠层母线、直流支撑叠层母线和直流支撑电容；所述散热水冷板两侧，每侧均布一个桥臂的功率器件，安装一项单桥臂交流叠层母线，单独设计成一项三电平变频器桥臂；所述直流支撑叠层母线安装在两项单桥臂交流叠层母线上部，连接两项单桥臂交流叠层母线直流侧，直流支撑电容5安装在直流支撑叠层母线上。5.根据权利要求1所述的三电平可拓展桥臂并联高压大功率水冷变频器，其特征在于：所述水循环散热系统柜包含水-风热交换器、主循环水泵、膨胀气囊、去离子系统及监测控制系统，所述主循环水泵、离子系统、补水泵通过系统管路采用螺栓、法兰连接方式固定安装在机芯框架下部，膨胀气囊、监测控制系统采用螺栓连接方式固定安装在机芯框架上部，水-风热交换器固定在室外进行热交换。6.根据权利要求1所述的三电平高压大功率水冷变频器系统，其特征在于，还包括励磁绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国俊，王浩，杨波，秦振，封安波，李辉，
申请(专利权)人：徐州中矿大传动与自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32