一种高压智能节电装置的制作方法

1.本实用新型涉及高压供电技术领域，具体而言，涉及一种高压智能节电装置。


背景技术：

2.相关技术中,对于高压类电机的电力输送，采用高压供电装置，为了避免谐波引起的电网谐波污染、电机附加发热等问题，一般会设置谐波滤波器和功率因数补偿装置，不但元器件较多、线路连接复杂，而且，电压波动仍然较大，高压电机功率难以精确调节，存在一定的电能浪费问题。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
4.为此，本实用新型的一个目的在于提供一种高压智能节电装置，设计节电模块可以实现市电/节电切换，从而能够更好地节约电能，节电模块从从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。节电模块采用单元串联多电平拓扑结构，直接“高-高”变换形式，由各组低压叠加而产生需要的高压输出，对电网谐波污染小，输入谐波畸变小于3％，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置，输出波形质量好，输出电压谐波畸变小于2％，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，变频装置(6/10)kv输出。
5.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案提供了一种高压智能节电装置，包括：并联连接在动力电源进线三相输入端子与负载电机之间的节电模块，所述节电模块包括：多个功率单元构成单元串联多电平拓扑结构，其中，每5个或者8个所述功率单元串联构成一相，共设有u、v、w三相，每个所述功率单元分别安装有功率单元旁路装置，每个所述功率单元的u、v输出端子相互串接而成星型接法给负载电机供电；移相变压器，所述移相变压器的二次绕组采用延边三角形接法，每个功率单元分别由所述移相变压器的一组副边绕组供电，所述功率单元以及以及连接的所述移相变压器二次绕组之间相互绝缘；主控模块，与所述功率单元通过光纤通讯连接，所述主控模块与所述电机通讯连接。
6.优选地，高压智能节电装置还包括：并联连接的第一高压隔离开关、第二高压隔离开关，所述第一高压隔离开关的一端连接至动力电源的输出端，另一端连接至负载电机；所述第二高压隔离开关的一端连接至动力电源的输出端，另一端连接至所述节电模块，所述节电模块与所述负载电机之间串联连接第三高压隔离开关。
7.优选地，所述第一高压隔离开关和所述第二高压隔离开关采用机械互锁操动机构。
8.优选地，高压智能节电装置还包括：并联连接的第一真空接触器、第二真空接触器，其中所述第一真空接触器的一端连接至动力电源的输出端，另一端连接至负载电机；第二真空接触器与所述动力电源的输出端之间串联连接有第一刀闸隔离开关，所述节电模块与所述负载电机之间依次串联连接有第三真空接触器、第二刀闸隔离开关。
9.优选地，所述第一真空接触器、所述第二真空接触器、所述第三真空接触器与所述
主控模块相连，且所述第一真空接触器、所述第二真空接触器设置电气互锁。
10.优选地，高压智能节电装置还包括：高压带电显示器，与所述动力电源的输出端相连接。
11.优选地，所述功率单元为单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥， igbt逆变桥的控制方式为pwm控制。
12.优选地，放置所述功率单元的功率柜以及放置所述移相变压器的变压器柜的柜体顶部配置冷却风机，所述冷却风机与所述主控模块相连，所述冷却风机在所述节电模块运行后自动运行。
13.本实用新型提出的一种高压智能节电装置具有以下有益技术效果：
14.(1)本实用新型提出的一种高压智能节电装置设计节电模块，可以实现市电/节电切换，从而能够更好地节约电能，而且电压波动较小，节电模块从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试，节电模块可以通过主控模块进行自动切换调节，安全性和可靠性更强，节电模块直接采用“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，每5个或者8个功率单元串联构成一相，共设有u、v、w三相，通过由各组低压叠加而产生需要的高压输出，不但对电网谐波污染小，输入谐波畸变小于3％，而且输入功率因数高，无需采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置，另外，输出波形质量好，输出电压谐波畸变小于2％，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，变频装置(6/10)kv输出。
15.(2)本实用新型提出的一种高压智能节电装置中每个功率单元结构上完全一致，可以互换，且安装有功率单元旁路装置，在某个功率单元发生故障时，自动进行旁路，高压电机、变频装置不停机，确保能够维持生产需求，大大提高了装置运行的可靠性。
16.(3)本实用新型提出的一种高压智能节电装置中每个功率单元分别由移相变压器的一组副边绕组供电，功率单元之间以及移相变压器二次绕组之间相互绝缘，移相变压器的二次绕组采用延边三角形接法，通过移相变压器次级绕组移相，从而实现降低输入谐波电流的目的。
17.(4)本实用新型提出的一种高压智能节电装置中每个功率单元的u、 v输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个功率单元的 pwm波形进行重组，得到非常好的pwm波形，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，输出无须增加输出滤波器，就可满足输出电机电缆的长距离输出，电机不需要降额使用。
18.(5)放置功率单元的功率柜以及放置移相变压器的变压器柜的柜体顶部配置冷却风机，冷却风机与主控模块相连，冷却风机在节电模块运行后自动运行，进一步提高了安全性能，节电切换组件中设置高压带电显示器，进一步提高和保障了安全性。
19.(6)主控模块与功率单元通过光纤通讯连接，通信周期为1.5us，具有极高的通信效率，低压部分和高压部分完全可靠隔离，具有极高的安全性和很好的抗电磁干扰性能，主控模块与电机通讯连接，能够实时测量电机的定子电流矢量等，便于进行适当调整，自动适应，可避免低频震荡。
20.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种高压智能节电装置的结构示意图；
23.图2示出了根据本实用新型的另一个实施例的一种高压智能节电装置的结构示意图；
24.图3示出了图1和图2高压智能节电装置中节电模块的工作原理示意图；
25.图4示出了根据本实用新型的一个实施例的一种高压智能节电装置中的高压带电显示器的结构示意图；
26.其中，图1至图4中附图标记与部件之间的对应关系为：
27.102动力电源进线三相输入端子，104节电模块，1042功率单元，1044 移相变压器，1046主控模块，1048光纤，106负载电机，108第一高压隔离开关，110第二高压隔离开关，112第三高压隔离开关，114第一真空接触器，116第二真空接触器，118第一刀闸隔离开关，120第三真空接触器，122第二刀闸隔离开关，124高压带电显示器，126电流传感器。
具体实施方式
28.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
30.下面结合图1至图4对根据本实用新型的实施例的一种高压智能节电装置进行具体说明。
31.如图1和图3所示，根据本实用新型的实施例的一种高压智能节电装置包括并联连接在动力电源进线三相输入端子102与负载电机106之间的节电模块104。第一高压隔离开关108、第二高压隔离开关110并联连接，其中第一高压隔离开关108的一端连接至动力电源的输出端，另一端连接至负载电机106，第二高压隔离开关110的一端连接至动力电源的输出端，另一端连接至节电模块104，节电模块104与负载电机106之间串联连接第三高压隔离开关112，可以实现市电/节电切换，从而能够更好地节约电能，而且电压波动较小，节电模块104从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试，节电模块104可以通过主控模块1046进行自动切换调节，安全性和可靠性更强。第一高压隔离开关108和第二高压隔离开关110采用机械互锁操动机构，能够确保不向节电模块104输出端反送电，安全性更高。
32.具体地，当第二高压隔离开关110、第三高压隔离开关112闭合，第一隔离开关断开时，节电模块104运行，电机变频运行；当第二高压隔离开关110、第三高压隔离开关112断开，第一隔离开关闭合时，电机工频运行，此时节电模块104从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。
33.如图2和图3所示，根据本实用新型的实施例的一种高压智能节电装置包括并联连
接在动力电源进线三相输入端子102与负载电机106之间的节电模块104。第一真空接触器114、第二真空接触器116并联连接，其中第一真空接触器114的一端连接至动力电源的输出端，另一端连接至负载电机106；第二真空接触器116的一端连接至动力电源的输出端，另一端连接至节电模块104，节电模块104第二真空接触器116与动力电源的输出端之间串联连接有第一刀闸隔离开关118，节电模块104与负载电机 106之间依次串联连接有第三真空接触器120、第二刀闸隔离开关122。第一真空接触器114、第二真空接触器116、第三真空接触器120与主控模块 1046相连，且第一真空接触器114、第二真空接触器116设置电气互锁，能够确保不向节电模块104输出端反送电，安全性更高，可以由主控模块 1046进行自动切换调节，安全性和可靠性更强。
34.具体地，第一刀闸隔离开关118、第二刀闸隔离开关122设置在节电模块104的进、出线端，可以在节电模块104退出而电机运行于工频时，能够更加安全地进行节电模块104的故障处理或维护工作。当第二真空接触器116、第三真空接触器120闭合，第一真空接触器114断开时，节电模块104运行，电机变频运行；当第二真空接触器116、第三真空接触器 120断开，第一真空接触器114闭合时，电机工频运行。另外，第二真空接触器116闭合时，第一刀闸隔离开关118、第二刀闸隔离开关122的操作手柄被锁死，不能操作。电机市电运行时，若需对节电模块104进行故障处理或维护，需要在第二真空接触器116、第三真空接触器120分闸状态下，将第一刀闸隔离开关118、第二刀闸隔离开关122断开。
35.如图2和图3所示，在节电模块104之前串联连接电流传感器126。
36.如图3所示，节电模块104包括：多个功率单元1042构成单元串联多电平拓扑结构，其中，每5个功率单元1042串联构成一相，共设有u、v、 w三相，共有15个功率单元1042，功率单元1042为单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，igbt逆变桥的控制方式为pwm控制，由各组低压叠加而产生需要的高压输出，对电网谐波污染小。每个功率单元1042分别安装有功率单元1042旁路装置，当某个功率单元1042发生故障时，自动进行旁路，不停机，确保维持生产要求，可以大大提高系统运行的可靠性，而且可以根据实际需求启用热复位功能，在开机状态下对故障的功率单元 1042进行复位。每个功率单元1042的u、v输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个功率单元1042的pwm波形进行重组，得到非常好的pwm波形，dv/dt小，可减少对电缆和负载电机106的绝缘损坏，输出无须增加输出滤波器，就可满足输出电机电缆的长距离输出，电机不需要降额使用。移相变压器1044，移相变压器1044的二次绕组采用延边三角形接法，每个功率单元1042分别由移相变压器1044的一组副边绕组供电，功率单元1042以及连接的移相变压器1044二次绕组之间相互绝缘，移相变压器1044次级绕组移相，能够达到降低输入谐波电流的目的。主控模块1046，与功率单元1042通过光纤1048通讯连接，通信周期为1.5us，具有极高的通信效率，低压部分和高压部分完全可靠隔离，具有极高的安全性和很好的抗电磁干扰性能，主控模块1046与负载电机106通讯连接，能够实时测量电机的定子电流矢量等，便于进行适当调整，自动适应，可避免低频震荡。
37.另外，也可以设计24个功率单元1042，每8个功率单元1042串联构成一相。
38.进一步地，如图4所示，高压智能节电装置还包括：高压带电显示器 124，与动力电源的输出端相连接，进一步保障了安全性。
39.进一步地，放置功率单元1042的功率柜以及放置移相变压器1044的变压器柜的柜
体顶部配置冷却风机，冷却风机与主控模块1046相连，冷却风机在节电模块104运行后自动运行，进一步提高了安全性能。
40.在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。
42.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
43.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。