一种水冷高压变频器系统的制作方法

本实用新型涉及高压变频器技术领域，尤其涉及一种水冷高压变频器系统。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，变频器作为智能电控系统的重要组成部分，在国民经济的各个领域，如电力、水利、石化、冶金等行业发挥着越来越重要的作用。

我国工业化的快速发展促进了电动机制造与应用向高压大功率方向发展，大功率级联型高压变频器用以拖动高压大功率电机，在核电、石化、冶金行业得到广泛的应用。大功率电机往往是相应行业中的关键器件，发生故障会造成整个生产系统停止运行，甚至会影响到相应的电力网络、油气管路等关系国计民生的基础设施的稳定运行。

常规的水冷型高压变频器只采用水冷功率单元，移相变压器采用风冷型干式变压器或油浸式变压器，降低了产品的可靠性，增加了现场施工难度和成本，并且需要增加日常维护工作量。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种水冷高压变频器系统，能够满足核电等特种行业的特殊需求，同时降低现场施工难度，减少维护工作量。

本实用新型提供了一种水冷高压变频器系统，包括：三相多副边绕组变压器、N个功率单元、控制系统和水冷却系统；其中：

所述三相多副边绕组变压器为水冷式移相变压器；

所述功率单元为水冷式功率单元；

所述三相多副边绕组变压器的原边与三相电网的电压输出端相连，所述三相多副边绕组变压器的副边的每一个绕组与一个功率单元相连；

所述控制系统分别与所述三相多副边绕组变压器、N个功率单元和水冷却系统相连；

所述控制系统监控所述三相多副边绕组变压器的运行状况，并依据运行状况控制所述水冷却系统对三相多副边绕组变压器进行冷却；

所述控制系统监控所述N个功率单元的运行状况，并依据运行状况控制所述水冷却系统对N个功率单元进行冷却。

优选地，所述控制系统包括：温度传感器；

通过所述温度传感器监控所述三相多副边绕组变压器的运行状况；

通过所述温度传感器监控所述N个功率单元的运行状况。

优选地，所述水冷却系统包括：第一主水泵、第一膨胀罐、第一离子交换器、第一主过滤器、第一板级换热器和碱化装置；其中：

所述碱化装置与所述第一主水泵相连；

所述第一主水泵与所述第一板级换热器相连；

所述第一板级换热器与所述第一主过滤器相连；

所述第一离子交换器与所述第一主过滤器相连；

所述第一膨胀罐连接在所述碱化装置与所述第一主水泵之间。

优选地，所述水冷却系统还包括：第二主水泵、第二膨胀罐、第二离子交换器、第二主过滤器和第二板级换热器；其中：

所述第一主水泵和第二主水泵并联；

所述第一膨胀罐与所述第二膨胀罐并联；

所述第一离子交换器与所述第二离子交换器并联；

所述第一主过滤器和第二主过滤器并联；

所述第一板级换热器与所述第二板级换热器并联；

所述碱化装置与所述第一主水泵和第二主水泵相连；

所述第一主水泵与所述第一板级换热器相连；

所述第一板级换热器与所述第一主过滤器相连；

所述第一离子交换器与所述第一主过滤器相连；

所述第一膨胀罐连接在所述碱化装置与所述第一主水泵之间；

所述第二主水泵与所述第二板级换热器相连；

所述第二板级换热器与所述第二主过滤器相连；

所述第二离子交换器与所述第二主过滤器相连；

所述第二膨胀罐连接在所述碱化装置与所述第二主水泵之间；

所述第二主水泵、第二膨胀罐、第二离子交换器、第二主过滤器和第二板级换热器组成备用回路。

由上述方案可知，本实用新型提供的一种水冷高压变频器系统，通过控制系统监控三相多副边绕组变压器的运行状况和N个功率单元的运行状况，根据运行状况控制冷却水系统分别对三相多副边绕组变压器和N个功率单元进行冷却，相对于普通风冷却形式无需再专为变压器安装风道，从而节约了施工成本；相对于油浸式变压器无需独立安装，降低了施工难度，占地面积小，并且在后续的生产过程中减少了维护的工作量；同时，功率单元采用水冷形式散热，无需施工现场专为功率单元安装风道，节约了施工成本，水冷散热效率远高于风冷散热，更适用于较大功率的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的功率单元串联三相多副边绕组变压器的主电路拓扑结构图；

图2为本实用新型实施例一公开的一种水冷高压变频器系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二公开的水冷却系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三公开的水冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，目前普遍使用的级联型高压变频器的主回路主要由三相多副边绕组变压器1和若干个功率单元2组成。

如图2所示，为本实用新型实施例一公开的一种水冷高压变频器系统，包括：三相多副边绕组变压器1、N个功率单元2、控制系统23和水冷却系统24；其中：

三相多副边绕组变压器1为水冷式移相变压器；

所述功率单元2为水冷式功率单元；

三相多副边绕组变压器1的原边与三相电网的电压输出端相连，三相多副边绕组变压器1的副边的每一个绕组与一个功率单元2相连；

控制系统23分别与三相多副边绕组变压器1、N个功率单元2和水冷却系统24相连；

控制系统23监控三相多副边绕组变压器1的运行状况，并依据运行状况控制水冷却系统24对三相多副边绕组变压器1进行冷却；

控制系统23监控N个功率单元2的运行状况，并依据运行状况控制水冷却系统24对N个功率单元2进行冷却。

上述实施例的工作原理为，当需要对三相多副边绕组变压器1和N个功率单元2进行水冷却时，通过控制系统23监控三相多副边绕组变压器的运行状态，例如可以通过温度传感器监控三相多副边绕组变压器的运行温度，根据采样到的变压器出口冷却水的绝对温度和变压器出水与进水之间的温升监控变压器的运行状态，然后依据运行状况控制水冷却系统24对三相多副边绕组变压器1进行冷却。本实用新型的三相多副边绕组变压器可以为水冷式移相变压器，在水冷却系统进行冷却时，可以通过将冷却水注入水冷式移相变压器的铜芯导线对变压器进行冷却。

同时，通过控制系统23监控N个功率单元2的运行状况，例如可以通过温度传感器监控功率单元的运行状况，然后依据运行状况控制水冷却系统24对功率单元进行冷却。本实用新型的功率单元为水冷式功率单元，在水冷却系统进行冷却时，可以通过将冷却水注入功率单元的水冷散热板的进水口，再从出水口流出，实现对功率单元的冷却。

综上所述，在上述实施例中，通过控制系统监控三相多副边绕组变压器的运行状况和N个功率单元的运行状况，根据运行状况控制冷却水系统分别对三相多副边绕组变压器和N个功率单元进行冷却，相对于普通风冷却形式无需再专为变压器安装风道，从而节约了施工成本；相对于油浸式变压器无需独立安装，降低了施工难度，占地面积小，并且在后续的生产过程中减少了维护的工作量；同时，功率单元采用水冷形式散热，无需施工现场专为功率单元安装风道，节约了施工成本，水冷散热效率远高于风冷散热，更适用于较大功率的场合。

在水冷却系统对三相多副边绕组变压器和N个功率单元同时进行冷却的过程中，由于三相多副边绕组变压器和功率单元本身的发热量不同，导致两者的流量要求存在差异；又因为变压器和功率单元的物理设计原因，两者的水冷管路长度和口径都不同，导致两者的流阻存在差别。因此水冷却系统在共用循环水泵的条件下，需要同时满足三相多副边绕组变压器和功率单元的散热要求；同时，由于冷却水需要同时注入到三相多副边绕组变压器绕组的空心导线和功率单元的水冷散热板的进水口进行冷却，由于空心导线和水冷散热板均采用铜材质，显而易见的，冷却水中的离子将对铜管产生腐蚀作用。为了延长产品的使用寿命需要对冷却水的离子浓度进行控制，减少冷却水对管道材质的腐蚀。

针对上述问题，如图3所示，本实用新型实施例二公开了一种水冷却系统，包括：第一主水泵5、第一膨胀罐6、第一离子交换器7、第一主过滤器8、第一板级换热器9和碱化装置4；其中：

碱化装置4与第一主水泵5相连；

第一主水泵5与第一板级换热器9相连；

第一板级换热器9与第一主过滤器8相连；

第一离子交换器7与第一主过滤器8相连；

第一膨胀罐6连接在碱化装置4与第一主水泵5之间。

在冷却的过程中，首先，根据三相多副边绕组变压器和功率单元的运行要求，分别计算两者的发热量，进而得出两者需要的冷却水流量；

其次，根据两者水冷管路的长度和口径算出额定流量下的流阻值，进而得出两者需要的冷却水压力；

最后，根据计算得出的冷却水流量和压力进行水泵选型，并选用合适的阀门分别控制三相多副边绕组变压器和功率单元组两个冷却回路的流量和压力满足计算要求。

为了减少冷却水对管道材质的腐蚀，需要对影响管路腐蚀的多种因素，如pH值、溶解氧含量、电导率、温度和流速等进行综合分析，具体采取了如下措施：

首先，在水冷却系统中加入碱化装置，使冷却水的pH值保持在7.5-8.5之间，可以有效降低腐蚀，抑制溶解氧浓度，减少管路沉积，防止管路堵塞等问题。

其次，在主循环回路中并联去离子回路，达到长期维持极低电导率的目的。

最后，通过控制冷却水的温度和流速在合适的范围内减小冷却水对管路腐蚀的影响。

由于水冷散热在控制灵活性方面相比风冷散热具有天然劣势，水冷却系统主回路中任何器件的故障都将导致变频器失去散热能力而停机，造成工矿企业停产等重大事故。因此对于运行可靠性要求较高的场合可采取双回路设计的水冷却系统。

具体如图4所示，为本实用新型实施例三公开的一种水冷却系统，包括：第一主水泵5、第一膨胀罐6、第一离子交换器7、第一主过滤器8、第一板级换热器9、碱化装置4、第二主水泵10、第二膨胀罐11、第二离子交换器12、第二主过滤器13和第二板级换热器14；其中：

第一主水泵5和第二主水泵10并联；

第一膨胀罐6与第二膨胀罐11并联；

第一离子交换器7与第二离子交换器12并联；

第一主过滤器8和第二主过滤器13并联；

第一板级换热器9与第二板级换热器14并联；

碱化装置4与第一主水泵5和第二主水泵6相连；

第一主水泵5与第一板级换热器9相连；

第一板级换热器9与第一主过滤器8相连；

第一离子交换器7与第一主过滤器8相连；

第一膨胀罐6连接在碱化装置4与第一主水泵5之间；

第二主水泵10与第二板级换热器14相连；

第二板级换热器14与第二主过滤器13相连；

第二离子交换器12与第二主过滤器13相连；

第二膨胀罐11连接在所碱化装置4与第二主水泵10之间；

第二主水泵10、第二膨胀罐11、第二离子交换器12、第二主过滤器13和第二板级换热器14组成备用回路。

由第二主水泵10、第二膨胀罐11、第二离子交换器12、第二主过滤器13和第二板级换热器14组成备用回路，由原有的第一主水泵5、第一膨胀罐6、第一离子交换器7、第一主过滤器8、第一板级换热器9组成的主回路共同组成水冷却系统，且两条回路都具备独立为变频器散热的能力，可以有效避免水冷却系统内单一故障导致变频器停机事故的发生。同时对两条回路采用定时切换的工作模式，可以在变频器正常运行的情况下对水冷回路进行维护，避免一条回路使用过度导致故障率提高，有效提高水冷却系统的使用寿命。

综上所述，本实用新型采用了以上设计方案，具有以下优点：

1、本实用新型中三相多副边绕组变压器采用水冷却形式的干式变压器，相对于普通风冷却形式干式变压器无需再专为变压器安装风道，从而节约了施工成本；相对于油浸式变压器无需独立安装，降低了施工难度，占地面积小，并且在后续的生产过程中减少了维护的工作量。

2、本实用新型的功率单元采用水冷形式散热，无需施工现场专为功率单元安装风道，节约了施工成本，水冷散热效率远高于风冷散热，更适用于较大功率的场合。

3、本实用新型使用的水冷却系统和外水换热装置集成在变频器系统中，可以减小产品体积，节约土建成本。

本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。