专利名称：：风机和水泵专用的中压变频调速装置的制作方法
技术领域：
：风机和水泵专用的中压变频调速装置才^术领域本实用新型属于变频调速装置领域，涉及一种风机、水泵专用的变频调速装置，特别适用于风机、水泵等单象限运行负载的中压变频调速装置。技术背景变频调速以其优异的调速和启动性能，高效率、高功率因数和节电效果等众多优点而被认为是最有发展前途的调速方式之一。随着中大功率高压变频调速技术的发展，中高压变频调速装置得到广泛的应用。长期以来，由于电力电子元器件的耐压等级和承受的电流受到限制，造成与6KV、IOKV供电电压匹配上的难题，因此目前国内中高压变频调速装置，只能由多个低压H桥变频功率单元串联叠加而成，由多个变频功率单元串联，构成一相，三相星形连接与电机相连接。这种多级低压IGBT变频功率单元串联叠加的变频调速装置的不足之处在于电路的每个基本单元都需要一个独立的直流电源，随着电平数增加，串级电路单元使用的直流电源数也大量增加，使用的功率单元及功率器件数量多，增加设备投入，装置体积大，占用安装空间大。每一项串联的功率单元多，故障率较高。故障率与串联单元个数成正比。
发明内容本实用新型所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种由中压H桥变频功率单元串联叠加的中压变频调速装置，专用于单象限运行负载的风机、水泵等。本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的依据本实用新型提供的一种风机和水泵专用的中压变频调速装置，包括变频功率单元、电源隔离变压器、控制器，该装置由多个H桥中压变频功率单元叠加组成，多个中压H桥变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与电机相连接；所述的变频功率单元为交一直一交三相整流/单相逆变电路，整流恻为高压二极管三相全桥，通过IGBT逆变桥进行PWM脉宽调制，获得单相交流输出，输出侧由每个变频功率单元的U、V输出端子互相串联组成星形连接，给电机供电；电源隔离变压器的副边绕组分为多组，一种绕组接成三角形，另一种绕组接成星形，分别对变频功率单元的整流桥供电；控制器由高速数字信号处理器DSP、工控机及PLC可编程序控制器组成，控制器与变频功率单元之间采用光纤通讯技术。本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现前述的6KV中压变频调速装置由6个中压H桥变频功率单元叠加组成，每2个变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与6KV电机相连接。前述的10KV中压变频调速装置由9个中压H桥变频功率单元叠加组成，每3个变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与10KV电机相连接。本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果。本实用新型采用直流侧相互分离的直流电源，不存在电压均衡问题，该装置结构简单清晰，控制方法相对简单，可分别对每级进行P画脉宽控制，无需箝位二极管或箝位电容，易于封装，单元模块化，而且不存在中间直流电压中点偏移问题，变频功率单元数量较少。该装置采用高速数字信号处理器DSP,具有极高的运算速度和强大的计算能力，保证本系统控制部分的可靠':生，高的实时性，从而为P窗脉宽调制实现强大的硬件保证。控制器与变频功率单元之间采用光纤通讯技术，以解决强弱电隔离、干扰问题。因此，系统的抗干扰性、安全性极高。该装置调速范围大，高效节能，输入功率因数高，启动性能好，延长电机和机械系统使用寿命，减少维修费用，使用、维护方便。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。图1本实用新型的系统接入图；图26KV变频调速装置两个变频功率单元串联叠加示意图；图310KV变频调速装置三个变频功率单元串联叠加示意图；图46KV变频调速装置的结构框图；图510KV变频调速装置的结构框图；图66KV变频调速装置的结构图；图710KV变频调速装置的结构图；图8本实用新型的变频功率单元电路原理图。具体实施方式以下结合附图，以6KV和10KV中压变频调速装置为例，对依据本实用新型提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。见图1,本装置采用QF高压断路器直接接入高压，通过本装置HYVERT-HV高压输出。见图2,6KV中压变频调速装置，每相采用2个中压变频功率单元串联五电平技术，变频装置由6个中压变频功率单元串联而成，叠加后达到"00V高压输出目的。见图3,10KV中压变频调速装置，每相采用3个中压变频功率单元串联七电平技术，变频装置由9个中压变频功率单元串联而成'叠加后达到10KV高压输出的目的。见图4,6KV中压变频调速装置中，各个中压变频功率单元由输入的电源隔离变压器的二次线圈分别供电，每个变频功率单元额定电压190^，每相2个，因此相电压为3812V,所对应的线电压为6M0V，给功率单元供电的一组二次线圈接成三角形，相邻的另一组二次线圈接成星形，虽然两个绕组的电压相同，但相位相差30。角，这样低次谐波在变压器初级将会有相移，因而能消除低次谐波。见图5,10KV中压变频调速装置中，各个中压变频功率单元由输入的电源隔离变压器的二次线圈分别供电，每个变频功率单元额定电压为1925V,每相3个，因此相电压为5774V,所对应的线电压为10000V,给变频功率单元供电的一组二次线圏接成三角形，相邻的另一组二次线圈接成星形，两个绕组的电压相同，相位相差30。角，这样低次谐波在变压器初级将会有相移，因而能消除低次谐波。下面叙述6KV、10KV中压变频调速装置的结构。采用中压变频功率单元串联叠加技术，直接输入6KV、10KV,直接输出6KV、IOKV。如图6所示，6KV中压变频调速装置由6个变频功率单元组成，每2个变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与电机连接，直接给6KV电机供电。如图7所示，10KV中压变频调速装置由9个变频功率单元组成，每3个变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与电机连接，直接给10KV电机供电。控制器由T工公司生产的高速数字信号处理器DSP(TMS320LF2407A)、工控机及PLC组成。DSP实现8个16位PWM波生成，开环、闭环控制、快速保护及通讯功能》工控机提供人机界面，PLC完成开关量信号逻辑处理；运行、故障联锁，同时满足用户特殊要求。控制器与变频功率单元之间采用光纤通讯技术，以解决强弱电隔离，干扰问题。因此，系统的抗千扰性及安全性极高。控制电源还配备了UPS,控制电源一旦掉电，UPS继续供电，确保变频调速装置可靠运行。见图8,中压变频功率单元为交一一直一一交，三相整流/单相逆变电路。整流部分为高压二极管三相全桥，通过GBT逆变桥进行PWM脉宽调制，可获彈单相交流输出。输入侧由电源隔离变压器供电。变压器付边绕组分为多组。一种绕组接成三角形，另一组绕组接成星形。分别对中压变频功率单元整流桥供电，两组次级线圈电压相同，但相位相差30°角，这样低次谐波在变压器初级将会有相移，因而能消除低次谐波。由于中压变频功率单元串联，可构成多级移相整流方式，较好地改善电网侧的电流波形，大大提高网侧的功率因数。付边绕组的独立性，使每个中压变频功率单元的主回路相对独立，不存在电压均衡问题，不存在中间直流电压中点偏移问题，安全、可靠。输出侧由每个中压变频功率单元的U、V输出端子互相串联组成星形连接，给电机供电。通过对每个中压变频功率单元的PWM波形进行叠加，可得阶梯正弦PWM波形，当中压变频功率单元出现故障时，可将故障单元旁路退出系统，变频装置降额继续进行，每个中压变频功率单元在结构及电气性能上相同，可以互换。每个中压变频功率单元都构成三相输入、单相输出的PWM脉宽调制的变频器，其输出电压为+V、0、-VIX。H桥开关函数、开关状态和输出电压之间的关系如下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注S,.S产l表示功率开关Si.S.,开通。SkS^0表示功率开关SlS,关断。十Vw为桥的直流母线电压。权利要求1.一种风机和水泵专用的中压变频调速装置，包括变频功率单元、电源隔离变压器、控制器，其特征在于该装置由多个H桥中压变频功率单元叠加组成，多个中压H桥变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与电机相连接；所述的变频功率单元为交—直—交三相整流/单相逆变电路，整流侧为高压二极管三相全桥，通过IGBT逆变桥进行PWM脉宽调制，获得单相交流输出，输出侧由每个变频功率单元的输出端子互相串联组成星形连接，给电机供电；电源隔离变压器的副边绕组分为多组，一种绕组接成三角形，另一种绕组接成星形，分别对变频功率单元的整流桥供电；控制器由高速数字信号处理器DSP、工控机及PLC可编程序控制器组成，控制器与变频功率单元之间采用光纤通讯技术。2.根据权利要求1所述的风机和水泵专用的中压变频调速装置，其特征在于6KV中压变频调速装置由6个中压H桥变频功率单元叠加组成，每2个变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与6KV电机相连接。3.根据权利要求1所述的风机和水泵专用的中压变频调速装置，其特征在于10KV中压变频调速装置由9个中压H桥变频功率单元叠加組成，每3个变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与IOKV电机相连接。专利摘要本实用新型涉及一种风机和水泵专用的中压变频调速装置，由多个H桥中压变频功率单元叠加组成，多个中压H桥变频功率单元串联构成一相，三相星形连接，与电机相连接。变频功率单元为交-直-交三相整流/单相逆变电路，整流侧为高压二极管三相全桥，通过IGBT逆变桥进行PWM脉宽调制，获得单相交流输出，输出侧由每个变频功率单元的输出端子互相串联组成星形连接，给电机供电。该装置结构简单清晰，控制方法相对简单，抗干扰，安全性极高，同时调速范围大，高效节能，输入功率因数高，启动性能好，延长电机和机械系统使用寿命，由于变频功率单元数量较少，减少了维修费用，使用维护方便，单元模块化。文档编号H02P27/04GK201041997SQ20062015177公开日2008年3月26日申请日期2006年12月15日优先权日2006年12月15日发明者归宝和申请人:天津华云自控股份有限公司