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淺談單元串聯式高壓變頻器的整體結構設計

2014-04-14 15:37:13

  淺談單元串聯式高壓變頻器的整體結構設計
  The Talking Series High Voltage Inverter Unit as a Whole Structural Design

  山東新風光電子科技發展有限公司   鄭培峰  侯榮芳
  Zheng Peifeng  Hou Rongfang

  摘要:本文介紹了高壓變頻器整體結構歷經的幾個過程,以及小功率高壓變頻器結構設計的發展方向。
  關鍵詞:冗余設計  改型  高密度  一體化設計
  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
  隨著國內高壓變頻器行業的不斷崛起,變頻器的結構也不斷從效仿到逐步改進,到優化到創新的不斷演變過程。變頻器結構的變化,即體現了結構設計人員的創新,同時也是對追求節能降耗方面持續認知的過程。從無到有,從有到大,從大到精,高壓變頻器結構的發展也歷經了不同發展階段,其排布形式也不斷涌現。
  總的來說,高壓變頻器結構主要包括變換裝置、控制裝置、切分裝置。其基本結構無外乎幾個結合:功率柜與控制柜的結合、功率柜與變壓器(柜)的結合,功率柜與切換柜的結合,功率柜與功率單元的結合。這些結合的優劣,則體現了高壓變頻器的體積大小,同時也關乎于成本的權重。其中不少的結構排布,也都寫入了專利。
  2高壓變頻器整體結構的發展
  高壓變頻器整體結構的發展大致歷經了三個階段:
  2.1冗余設計階段
  設計之初,為保證產品的可靠性、穩定性,采用雙重冗余設計的模式,即加大了單元的數量,也增大了各器件的選型。10kV采用每相10個單元或13個單元,6kV采用每相6個單元或8個單元;功率器件選型余量大至2.5倍甚至3倍,電解電容選擇90-120UF/A,變壓器鐵芯、風機風量選型都不同程度的大一規格。其排布則延續傳統的排布模式,即從左往右依次為切換柜、變壓器柜、(接線柜)、功率柜、控制柜的模式,其外形如圖(1):

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  圖(1)

  其抽屜式[1]功率單元在功率柜的排布:6kV級、10kV級均是從左往右分別三相,每相豎排。6kV級每相6個單元的豎排;10kV級為前后布置,10個單元的前5后5組合成一相,13個單元的前7后6組合成一相。接線方式從移相變壓器次級出來,經接線柜從功率柜底部進入各相,每相之間均有加線板。具體排布6kV如圖(2)、10kV如圖(3):

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                                       圖(2)                                                             圖(3)
  2.2改型階段
  隨著高壓變頻器市場規模的不斷擴大,用戶對變頻的苛求也越來越嚴格。作為產品開發商,也不斷為提升產品質量與檔次作著不懈努力,所用柜體也由原來的單一種類向更寬范方向發展,其產品功能、質量與外形都在不斷升級。同規格變頻器原體積如圖(4)。其單元結構排布也有了更新的認知,由于原來每相豎排所用電纜多、結構復雜、附加成本大,便改為每相單元橫排,使變壓器次級引線分別對應A、B、C三相,不再有接線柜,直接通過電纜托板到達各單元,不再迂回,其控制柜也由原來的600mm轉為400mm。另一個飛躍則是每相單元數量的減少,如10kV改為8單元/相,6kV改為5單元/相。功率單元數量少了,其整機質量并沒有受到影響,相反其故障點卻相應減少,加之電路結構上星點漂移技術的應用,使得變頻器性能更加優越。功率柜具體排布情況,6kV5個單元,每相橫向分布,上、中、下三相如圖(5)所示。10kV如果采取單元前后放置,每相前4后4,如圖(6)所示:

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  圖(4)
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                                圖(5)                                                          圖(6)
  2.3高密度、一體化設計階段
  質量提升、性能提升是永不休止的目標,高壓變頻器的結構也是面臨不同時期的挑戰,隨著對資源、能源的更加關注,對變頻器的集成化程度要求也越來越高。如何設計出高性能低成本、高密度排布的變頻器,則成為各同行企業關注的焦點,也成為結構設計人員的努力方向。高壓變頻器新型結構[2]于是有了現在的從買來直接應用到設計上相互協作階段。
  移相變壓器作為單元串聯變頻器中不可或缺的關鍵部件,一直默守成規,甚至多年不變,在結構設計中它的改變則成為設計中新的突破,其位置的重要性再一次被發掘被重視。于是變頻器的常規排布則被爭相改變。不少結構設計者煞費苦心,讓變頻器不同變換身位,來改變其應有的占用空間。常規變壓器的鐵芯大多是立式的,設計者要求廠家將它改為橫式排布,平式排布;其位置也有在功率柜的一側橫排,改為一側豎排,甚至由左側移至后側如圖(7);還有的將功率單元放在變壓器的上面,其下面為切換柜、變壓器柜、控制柜,如圖(8)[3]這一拓展,思路不謂不寬,體積不謂不小。畢竟體積小,所用柜體就少;結構緊湊了,所用連接大線也相對減少; 風道系統[4]由于做到了風機共用,減少了損耗。

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  圖(7)
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  3結束語
  總之結構設計,于無形中見有形,于千變萬化中又不離其中。在變頻器行業百花齊放的時代,相信你的設計會更加獨具匠心。
  高壓變頻器作為十二五規劃中重點推廣使用[5]的節能型產品,其產品性能只有持續升級,結構不斷優化,方能適應新時期高新技術產品要求。

 

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