高压变频器散热控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压变频器散热控制系统，特别涉及通过高压变频器负荷变化来控制风扇转速，并通过高压变频器各部件温度修正风扇转速，使高压变频器各部件温度恒定的控制装置。
【背景技术】
[0002]目前用于高压变频器的散热设计，通常都是通过空气冷却，利用空气流动到达散热效果。传统应用于高压变频器的散热装置，都是使用交流风扇，交流风扇电源通常为电压U、频率f固定的工频电源，风扇转速n，n=60f(l-S)/p，S*，s为转差率，P为电机极对数，电源频率f固定，即风扇转速η固定。该固定风扇转速满足高压变频器在最大负荷、最高环境温度时的散热需求。风扇属于平方减转矩负载，风量与转速一次方成正比，风扇电机转矩与转速平方成正比，风扇电机轴功率与转速立方成正比，风扇转速越低，风扇电机功耗越小。高压变频器处于低负荷状态或者低环境温度时，只需要很小的通风量即可满足高压变频器的散热需求，风扇受到工频电源的驱动会维持固定的转速运转，增加低负荷状态或者低环境温度时的电能消耗，造成能源浪费，因风扇高速运转，产生噪音、风扇轴承寿命减短等问题。
[0003]风扇保护一般通过空气断路器脱扣保护或热继电器延时保护，保护误差大、灵敏度差，当风扇出现故障后，容易造成故障扩大化。风扇控制一般通过一个接触器控制风扇运转，当风扇控制系统出现故障，控制系统无冗余，风扇停止运转，造成高压变频器热保护停机。风扇转向根据电源相序确定，如果电源相序改变，使风扇反转，造成散热效果明显下降，不能满足散热需求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种用于高压变频器散热的控制系统，通过高压变频器负荷控制风扇转速，并通过高压变频器各部件的散热需求修正风扇转速，使高压变频器各部件温升保持在一个恒定值。
[0005]为解决上述技术问题，本发明用于高压变频器散热控制系统包括:控制变压器柜风扇组和功率柜风扇组运行、停止，调节风扇转速的变频调速风扇控制装置；变频调速风扇控制装置的低压小功率变频器，与外部交流电源连接，并输出频率、幅值可调的交流电压；配置于高压变频器内变压器柜的变压器温度传感器，以及功率单元柜的功率单元温度传感器。该变频调速风扇控制装置的风扇旁路控制模块，与变压器柜风扇组、功率柜风扇组、低压小功率变频器和外部交流电源连接，其中变压器柜风扇组、功率柜风扇组配置于高压变频器的需要散热处。
[0006]作为本发明的一种优选方案，所述低压小功率变频器设有高压变频器散热所需的参数，并根据高压变频器检测到自身各部件的温度及实际负荷来控制风扇转速。
[0007]作为本发明的另一种优选方案，所述变压器柜风扇组和功率柜风扇组各由一个或一个以上相同规格的交流风扇配置组成。
[0008]作为本发明的又一种优选方案，所述变压器温度传感器(211)和功率单元温度传感器(311)的检测点数量及位置，由使用者根据机构设计或散热需求设定，所测量温度包含变压器线圈温度、变压器铁芯温度；功率单元的绝缘栅双极晶体管(IGBT)温度、整流桥温度、电各温度。
[0009]作为本发明进一步的优选方案，所述高压变频器实际负荷包含输入电流、输入功率、输出电流、输出功率。
[0010]作为本发明再一个的优选方案，所述变频调速风扇控制装置包含交流-直流-交流转换电路的低压小功率变频器。
[0011]作为本发明再进一步的优选方案，所述变频调速风扇控制装置的风扇旁路控制模块包含变压器柜风扇组和功率柜风扇组电源切换电路。
[0012]由于监测各风扇的运行状况，从而实现对各监测风扇非正常状况的报警提醒，避免计划外停机，锁定了风扇转向。相对于现有技术的变频器交流风扇控制而言，改善了风扇调速控制性能和电能耗用性，延长风扇轴承寿命，为使用者提供简便、智能、易于配置的高压变频器风扇控制装置。上述优选方案简化了散热控制系统结构，降低了制造成本，使风扇总体能耗保持在一个较低水平。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
图1是本发明单元串联多电平高压变频器电路原理示意图。
[0014]图2是单元串联多电平高压变频器组柜屏面主视图，左面为变压器柜，余下右面为功率柜。
[0015]图3是图2所示高压变频器组柜左视图，示意进出散热通道。
[0016]图4是现有技术风扇控制装置电路原理不意图。
[0017]图5是本发明变频调速风扇控制装置的电路原理示意图。
[0018]图6是图5分解风扇旁路控制模块的电路原理示意图。
[0019]图7是本发明优选实施例高压变频器散热控制系统的原理方框图。
[0020]图8是图7分解变压器柜风扇组转速调节的原理方框图。
[0021]图9是图7分解功率柜风扇组转速调节的原理方框图。
[0022]图10是本发明又一优选实施例变频调速风扇控制装置的原理方框图。
[0023]图11是图10分解变压器柜风扇组和功率柜风扇组转速调节的原理方框图。
【具体实施方式】
[0024]图1是单元串联多电平高压变频器原理示意图，电网输入经移相变压器21提供多个副边电压输出，分别给功率单兀31供电，再由多个功率单兀31串联为一相输出的方式，构成三相输出；高压变频器控制系统4通过控制功率单元31的PWM输出来控制高压变频器I输出电压的频率和幅值，从而达到控制电机转速的目的。高压变频器控制系统4和功率单元31之间通过光纤进行通讯，既保证信号的可靠传输，同时保证高压变频器控制系统4与高压部分的绝缘隔离。高压变频器I的主要发热部件为移相变压器21和功率单元31，通常将移相变压器21装在一个柜子里，组成变压器柜2，将功率单元31装在一个或一个以上柜子里面，组成功率柜3，见图2高压变频器组柜屏面主视图。也可以将移相变压器21与功率单元31装在一个柜子里面，组成高压变频器I。
[0025]图3是高压变频器散热风道示意图，为图2的左视图，风扇抽风强迫空气流动，冷空气通过进风口 11进入高压变频器I内部，发热部件的热量通过空气流动换热，热空气通过出风口 15排到室外，与自然环境热交换。变压器柜风扇组6使冷空气通过变压器柜进风口 12进入变压器柜2，冷却图1中的移相变压器21，热空气通过变压器柜出风口 16排出；功率柜风扇组7使冷空气通过功率柜进风口 13进入功率柜3，冷却图1中的功率单元31，热空气通过功率柜出风口 17排出；变压器柜2与功率柜3的风道相对独立，通过变压器柜2与功率柜3之间风量互不影响。变频调速风扇控制装置5控制风扇时，便于调节变压器柜风扇组6、功率柜风扇组7各自的最低转速，维持移相变压器21和功率单元31温度恒定。当移相变压器21、功率单元31合用一个风扇组散热时，需要通过隔阻装置，分配移相变压器21与功率单元31之间的风量。
[0026]图4是现有技术风扇控制装置电路原理示意图，空气断路器QF闭合，接入电源，风扇运转通过接触器KM控制，高压变频器控制系统4发出风扇运行信号405后，接触器KM吸合，风扇运行；高压变频器控制系统4撤销风扇运行信号405后，接触器KM断开，风扇停止。风扇由频率为50Hz/60Hz工频电源驱动，风扇转速n，n=120f (l_s)/p，式中，S为转差率，p为电机极对数，电源频率f固定，即风扇转速η固定，该固定风扇转速满足高压变频器I在最大负荷、最高环境温度时的散热需求。风扇是平方减转矩负载，风量与转速成正比，风扇电机转矩与转速平方成正比，风扇电机轴功率与转速立方成正比，风扇转速越低，风扇电机功耗越小。高压变频器I处于低负荷状态或者低环境温度时，只需要很小的通风量即可满足高压变频器I的散热需求，风扇受到工频电源的驱动会维持固定的转速运转，增加低负荷状态或者低环境温度时的电能消耗，造成大量电能浪费。风扇高速越高，产生噪音越大、风扇机械寿命越短。风扇保护一般通过空气断路器QF过流脱扣保护或热继电器FR过载延时保护，保护值误差大，保护灵敏度差，不能有效保护风扇电机，造成风扇电机烧毁，使故障扩大。风扇控制通过接触器KM控制风扇运转，当接触器KM制系统出现故障，控制系统无冗余，风扇停止运转，造成高压变频器I热保护停机。风扇转向根据电源相序确定，如果电源相序改变，使风扇反转，造成散热效果明显下降，不能满足高压变频器散热需求，使高压变频器热保护，造成计划外停机。需人工确认风扇转向是否正确，操作繁琐，增加管理成本。
[0027]图5是本发明的变频调速风扇控制装置电路原理示意图，由单个或多个变频调速风扇控制装置5，构成整个高压变频器散热控制系统。变频调速风扇控制装置5由低压小功率变频器51与风扇旁路控制模块53组成，低压小功率变频器51，通过交-直-交变换，将输入的交流电源整流、滤波后，得到直流电，将直流电通过逆变电路PWM输出，得到电压u、频率f可变的交流电源，u/f=C,式中C为常数。风扇转速n，n=60f (1-s) /p,式中，S为转差率，P为电机极对数，用低压小功率变频器51驱动风扇，改变低压小功率变频器51输出电压的频率f，即可实现风扇转速调节。
[0028]如图6结合图5所示，接触器KMl与KM2组成变频调速风扇控制装置5的风扇旁路控制模块53，接触器KMl与KM2互锁，只能合其中一个，避免因KM1、KM2同时闭合，损坏低压小功率变频器51。当低压小功率变频器51正常工作时，低压小功率变频器故障旁路控制信号513无效，513常开点(NO)断开，KM2接触器断开，513常闭点(NC)闭合，KMl接触器闭合，风扇由低压小功率变频器51驱动，风扇变频调速运行。当低压小功率变频器51障后，513常闭点(NC)断开，KMl接触器断开，513常开点(NO)闭合，KM2接触器闭合，将风扇切换到工频回路。变频调速风扇控制装置5的低压小功率变频器51故障后，通过风扇旁路控制模块53自动将风扇切换到工频回路，风扇继续工作，实现风扇控制冗余备份，增加了系统可靠性。