一种基于IEGT的双绕组大功率电机变频调速装置的制作方法

本实用新型涉及中压大功率变频交流调速装置技术领域，特别涉及一种基于IEGT的双绕组大功率电机变频调速装置。

背景技术：

中压变频技术通过提高调速电机的电压等级来实现大功率传动，实现大功率的另一个途径是多相电机传动系统。与传统三相电机系统相比，多相电机在大功率高可靠性场合有突出的优势，使其更适合舰船电力推进、轨道交通、航空航天、风洞试验场等领域。

驱动双绕组电机传统方案通常需要配置两套变频调速装置，即变频系统共有两套控制系统和两套变压器励磁涌流抑制装置，一方面会造成硬件投入的重复性；另一方面，两套控制系统通常配置为主从控制模式，主从控制系统之间需要进行数据交换，在一定程度上会存在传输的延迟和传输中断的风险。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种基于IEGT的双绕组大功率电机变频调速装置，应用于功率40MW及以上、电压10kV以上等级的双绕组交流电机调速，系统运行可靠，实用性强，经济性好。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种基于IEGT的双绕组大功率电机变频调速装置，包括高压进线柜、多绕组移相变压器、励磁涌流柜、综合保护器、基于IEGT单元的功率柜、馈出柜、励磁柜、水冷柜和控制柜，由上述装置分别构成绕组一回路、绕组二回路和励磁回路。

所述的绕组一回路包括#1高压进线柜、#1移相变压器、#1综合保护器、#1基于IEGT单元的功率柜和#1馈出柜。

所述的绕组二回路包括#2高压进线柜、#2移相变压器、#2综合保护器、#2基于IEGT单元的功率柜和#2馈出柜。

所述的励磁回路包括#3高压进线柜、变压器和励磁柜。

所述的#1高压进线柜、#2高压进线柜和#3高压进线柜输入端分别连接高压电网1段、高压电网2段和高压电网3段。

所述的基于IEGT单元的功率柜包括整流单元、基于IEGT的制动单元和基于IEGT的逆变单元，所述制动和逆变单元内采用的功率器件为4.5kV/2100A的IEGT。

所述的励磁涌流柜输入端连接低压配电网，输出端分别连接#1基于IEGT单元的功率柜和#2基于IEGT单元的功率柜各自的一个整流单元并通过所述的功率柜与#1和#2移相变压器相连接，对#1和#2移相变压器及所有功率单元的直流侧电容进行预充电；

所述的励磁涌流柜包括多个充电接触器、预充电电阻和充电变压器，由充电接触器QA031的上端连接低压配电网，下端依次连接充电接触器QA032、QA033和充电变压器的一次测，充电变压器的二次侧连接并联的QA034和QA035。

所述的充电接触器QA032和QA033分别并联充电电阻R0和R1。

所述的绕组一回路由高压电网1段依次连接#1高压进线柜、#1移相变压器、#1综合保护器、#1基于IEGT单元的功率柜和#1馈出柜，并由#1馈出柜输出端连接双绕组同步电机的绕组一。

所述的绕组二回路由高压电网2段依次连接#2高压进线柜、#2移相变压器、#2综合保护器、#2基于IEGT单元的功率柜和#2馈出柜，并由#2馈出柜输出端连接双绕组同步电机的绕组二。

所述的励磁回路由高压电网3段依次连接#3高压进线柜、变压器和励磁柜，并由励磁柜输出端连接双绕组同步电机的励磁绕组。

还包括变频控制系统，分别对两套所述的基于IEGT单元的功率柜进行控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提出的一种基于IEGT的双绕组大功率电机变频调速装置，所述的基于IEGT单元的功率柜包括整流单元、基于IEGT的制动单元和基于IEGT的逆变单元，是基于IEGT功率器件的装置，能够承受4.5kV/2100A的电压及电流，比采用IGBT功率器件可靠性高，基于4.5kV/2100A的IEGT逆变单元的设计，拓展了电压源型变频器在40MW及以上功率等级场合的应用，扩展了直流侧能耗制动方式在机组惯性大和严苛制动时间要求场合的应用。

2、本实用新型提出的一种基于IEGT的双绕组大功率电机变频调速装置，所述的励磁涌流柜能够分别对#1移相变压器和#2移相变压器进行预充电，以及对#1基于IEGT单元的功率柜和#2基于IEGT单元的功率柜各自整流单元的直流侧电容进行预充电。

附图说明

图1是本实用新型装置的系统结构图；

图2是本实用新型装置的励磁涌流柜工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种基于IEGT的双绕组大功率电机变频调速装置，包括高压进线柜、多绕组移相变压器、励磁涌流柜、综合保护器、基于IEGT单元的功率柜、馈出柜、励磁柜、水冷柜和控制柜，由上述装置分别构成绕组一回路、绕组二回路和励磁回路。

所述的绕组一回路包括#1高压进线柜、#1移相变压器、#1综合保护器、#1基于IEGT单元的功率柜和#1馈出柜。

所述的绕组二回路包括#2高压进线柜、#2移相变压器、#2综合保护器、#2基于IEGT单元的功率柜和#2馈出柜。

所述的励磁回路包括#3高压进线柜、变压器和励磁柜。

所述的#1高压进线柜、#2高压进线柜和#3高压进线柜输入端分别连接高压电网1段、高压电网2段和高压电网3段。

所述的基于IEGT单元的功率柜包括整流单元、基于IEGT的制动单元和基于IEGT的逆变单元，所述制动和逆变单元内采用的功率器件为4.5kV/2100A的IEGT。

所述的励磁涌流柜输入端连接低压配电网，输出端分别连接#1基于IEGT单元的功率柜和#2基于IEGT单元的功率柜各自的一个整流单元并通过所述的功率柜与#1和#2移相变压器相连接，对#1和#2移相变压器及所有功率单元的直流侧电容进行预充电；

如图2所示，所述的励磁涌流柜包括多个充电接触器、预充电电阻和充电变压器，由充电接触器QA031的上端连接低压配电网，下端依次连接充电接触器QA032、QA033和充电变压器的一次测，充电变压器的二次侧连接并联的QA034和QA035。

所述的充电接触器QA032和QA033分别并联充电电阻R0和R1。

所述的绕组一回路由高压电网1段依次连接#1高压进线柜、#1移相变压器、#1综合保护器、#1基于IEGT单元的功率柜和#1馈出柜，并由#1馈出柜输出端连接双绕组同步电机的绕组一。

所述的绕组二回路由高压电网2段依次连接#2高压进线柜、#2移相变压器、#2综合保护器、#2基于IEGT单元的功率柜和#2馈出柜，并由#2馈出柜输出端连接双绕组同步电机的绕组二。

所述的励磁回路由高压电网3段依次连接#3高压进线柜、变压器和励磁柜，并由励磁柜输出端连接双绕组同步电机的励磁绕组。

还包括所述的变频调速装置控制系统，分别对两套所述的基于IEGT单元的功率柜进行控制。

如图1所示，在本实用新型的变频调速装置中，1#和2#高压进线柜内分别配置断路器QF1和QF2、电网侧电压采样PT，3#高压进行柜内配置断路器QF3。两台移相变压器原副边绕组均装有电流采样CT，并将采样信号反馈至1#和2#变压器综合保护控制器，用于变压器的差动保护和后备保护功能，两台变压器综合保护控制器放置于综合保护柜内。变频器功率柜，包括基于电力二极管的整流单元、基于IEGT的制动单元和基于IEGT的逆变单元。制动柜内装有制动电阻。1#和2#馈出柜分别配置电压传感器、电流传感器、隔离刀闸QS1和QS2。控制柜内装有主控制器和辅助控制系统，负责信号采集和运算处理，基于矢量控制算法分别对两组功率回路进行脉宽调制。与电机同轴的编码器用于向主控制器反馈转子相关的信息。

如图2所示，所述变频调速装置设有一套励磁涌流柜，在双绕组运行工况，先后为1#移相变压器和1#功率回路直流侧电容、2#移相变压器和2#功率回路直流电容进行预充电，被充电回路的切换通过两台高压接触器切换完成；在单绕组运行工况时，对其中1台移相变压器和对应的功率回路直流侧电容进行预充电。

本实用新型装置的励磁涌流柜，输入端接有三相380V低压配电，当系统运行模式为双绕组运行模式时，先闭合充电接触器QA031和QA034，通过充电变压器先后经两个预充电阶段分别闭合接触器QA032和QA033，旁路相应的预充电电阻R0和R1，完成对1#移相变压器和1#功率回路的预充电；之后断开接触器QA034、QA032和QA033，闭合接触器QA035，开始对2#移相变压器和2#功率回路进行预充电，先后经两个预充电阶段分别闭合接触器QA032和QA033，旁路相应的预充电电阻R0和R1，完成预充电过程。当系统运行模式为单绕组运行模式时，低压配电与充电变压器之间的充电回路为两组功率回路共有的预充电回路，通过选择闭合接触器QA034或QA035(闭合其中一个接触器的同时，保持断开另一个接触器)，来选择单独对1#变压器和1#功率回路，或2#变压器和2#功率回路进行预充电。当预充电电阻为A值时，虽然充电电流冲击小，但是充电时间过长，所述变频装置功率单元直流侧电压在设计时间内无法达到预充电电压阈值；当预充电电阻为B值(B<A)时，虽然预充电时间短，在预定时间内直流侧电压能够达到预充电电压阈值，但是充电回路的电流冲击过大，因此这里选择两组B值的电阻串联对变压器和功率回路进行预充电，两个预充电阶段为：第一阶段开始充电时断开接触器QA032和QA033，投入两组预充电电阻R0和R1，当预充电时间达到时间T0时，闭合接触器QA032，将其中一组预充电电阻R0旁路，直流侧电压达到预充电电压阈值后，闭合接触器QA033，旁路掉另一组预充电电阻R1，完成两个预充电阶段。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。