一种变频器系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变频器系统，包括：进线柜、整流柜、控制柜和逆变柜。进线柜的输入端接入交流电源。整流柜与进线柜相连，整流柜用于实现从交流电源到直流电源的转换。逆变柜与整流柜相连，整流柜通过直流母线为逆变柜提供直流电源，变频器系统通过一台逆变柜，或两台以上的逆变柜以并柜实现并联的形式拖动不同功率、不同类型的负载。控制柜与整流柜、逆变柜相连，控制柜用于实现变频器系统的控制。本实用新型能够克服现有变频器系统存在的功能重复、资源浪费、低可靠性和高成本的技术问题，能够降低能耗和成本、优化柜体布局，同时便于后期扩容。
【专利说明】
一种变频器系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电气系统领域，尤其是涉及一种应用于石油钻井行业绞车负载、栗类负载、转盘负载等的大功率变频器系统。
【背景技术】
[0002]目前，石油钻井领域广泛使用柴油机驱动系统或者是采用多套单独的变频器驱动负载。柴油机驱动系统存在系统复杂、能耗高、维修任务量大等诸多的缺点。而对于绞车、泥浆栗、转盘等负载的多套单独变频器传动系统则各自都有整流环节、斩波环节，存在严重的功能重复，资源浪费缺点。
[0003]在现有技术中，主要有以下技术方案与本申请相关:
[0004]现有技术I为谢步明于2007年10月16日申请，并于2008年09月10日公告，公告号为CN201113911U的实用新型专利《基于公共直流母线的船用多变频器系统》。该实用新型专利采用多组变频器和异步电动机，还包括一个公共直流母线系统和总控单元(XU，公共直流母线系统的输入端通过公共整流器和输入滤波器接入船用三相主电源，母线上则并联接入公共过压斩波器和系统绝缘检测装置。变频器的一端并联接入公共直流母线，一端则与拖动用的异步电动机相连接。总控单元CCU通过CPU板和CAN或MODBUS网络对变频器系统进行控制。但是，该实用新型专利选用市场上其他厂家的变频器组合来实现公共直流母线多变频器系统，对能量流向、单元柜并柜、快速扩容、故障单元切除等因素均未作考虑。
[0005]现有技术2为江苏兆合电气有限公司于2012年03月07日申请，并于2012年09月19日公告，公告号为CN202444466U的实用新型专利《一种直流并联式多机驱动系统装置》。该实用新型专利采用集中可控整流装置、公共直流母线、防直流短路装置和分散逆变单元。集中可控整流装置由一台或者多台可控整流装置构成，集中可控整流装置的输入为三相供电电源，输出为直流电压，公共直流母线的输入为集中可控整流装置的输出直流电压，输出为防直流短路装置的输入，防直流短路装置的输出为分散逆变单元的直流输入，分散逆变单元可以为一到多台，分散逆变单元的输入为公共直流母线的输出，输出为被驱动的电机负载。但是该实用新型采用直流防反接装置，同样对能量流向、单元柜并柜、快速扩容、故障单元切除等因素未作考虑。
[0006]因此，现有技术中的变频器均存在着能量流向单一，导致中间直流母排尺寸过大，浪费材料，影响柜体布局的技术缺陷。同时，现有技术中当单一逆变单元出现故障时无法切除，从而影响整套系统运行，对生产造成巨大损失，并且无法实现单元柜并柜、快速、扩容，以及减少重复设计等功能。
【实用新型内容】
[0007]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种变频器系统，能够克服现有变频器系统存在的功能重复、资源浪费、低可靠性和高成本的技术问题。
[0008]为了实现上述实用新型目的，本实用新型具体提供了一种变频器系统的技术实现方案，一种变频器系统，包括:进线柜、整流柜、控制柜和逆变柜；
[0009]所述进线柜的输入端接入交流电源；
[0010]所述整流柜与所述进线柜相连，所述整流柜用于实现从交流电源到直流电源的转换；
[0011]所述逆变柜与所述整流柜相连，所述整流柜通过直流母线为所述逆变柜提供直流电源，所述变频器系统通过一台逆变柜，或两台以上的逆变柜以并柜实现并联的形式拖动不同功率、不同类型的负载；
[0012]所述控制柜与所述整流柜、逆变柜相连，所述控制柜用于实现所述变频器系统的控制。
[0013]优选的，所述进线柜包括交流滤波单元，所述整流柜包括整流单元。所述交流滤波单元的一端接入交流电源，所述交流滤波单元的另一端与所述整流单元的输入端相连。
[0014]优选的，所述交流滤波单元采用L滤波电路或LC滤波电路或LCL滤波电路，所述交流滤波单元用于衰减外部电源输入的电磁干扰信号，同时控制所述变频器系统自身产生的电磁干扰信号。
[0015]优选的，所述进线柜还包括斩波单元，所述斩波单元与所述直流母线相连以实现集中斩波。
[0016]优选的，所述斩波单元包括斩波管和斩波电阻，所述斩波管与斩波电阻相连，所述控制柜还与所述斩波单元相连。当系统制动回馈的能量无法全部被处于牵引状态的负载吸收时，通过所述控制柜对所述斩波管的控制使多余的能量被所述斩波电阻消耗。
[0017]优选的，所述变频器系统包括一台或两台以上的整流柜，当所述变频器系统包括两台以上的整流柜时，所述两台以上的整流柜对称布置，并共同输出直流电源至所述直流母线。
[0018]优选的，所述变频器系统包括一台或两台以上与所述直流母线相连的逆变柜，所述逆变柜包括分断单元和逆变单元，每台逆变单元均通过分断单元与所述直流母线相连。当某一逆变单元发生故障时，所述分断单元切断与该分断单元相连的发生故障的逆变单
J L ο
[0019]优选的，所述负载进一步为电机，当所述变频器系统用于拖动两台以上的所述负载时，所述变频器系统通过公共的直流母线，实现处于制动状态的电机反馈能量用于牵引状态的电机，以降低能耗。
[0020]优选的，所述负载为用于石油钻井的绞车负载、栗类负载、转盘负载中的任意一种。
[0021]优选的，当所述变频器系统中的进线柜、整流柜、控制柜和逆变柜均为两台以上时，所述进线柜、整流柜、控制柜和逆变柜采用对称型结构布置，以保证所述变频器系统中能量的双向流动。
[0022]通过实施上述本实用新型提供的变频器系统的技术方案，具有如下有益效果:
[0023](I)本实用新型能够通过单元柜体并柜实现多逆变柜并联，以快速组成满足不同功率等级、不同负载类别的变频器系统，若前期柜体功率选型较小，通用性强，后续扩容非常简易、方便，能够减少重复设计，降低设计成本；
[0024](2)本实用新型通过采用公共直流母线，能够实现处于制动状态的电机反馈能量用于牵引状态的电机，而不用通过斩波电阻消耗反馈的能量，从而进一步降低能耗；
[0025](3)本实用新型中的整流模块统一接入公共直流母线，不需要每个分散的逆变单元都配置相应的整流单元和斩波单元，能够有效地节省成本、节约资源；
[0026](4)本实用新型采用对称形并柜结构可以实现能量的双向流动，减小直流母排尺寸、降低材料消耗，同时相应地减少单一单元柜内的母排散热，优化柜体布局；
[0027](5)本实用新型中的每台逆变柜均自带分断单元，当某一逆变柜的逆变单元发生故障时，分断单元立即切断与该分断单元相连的故障逆变单元，而无需停止整套系统的运行，能够满足其余部分生产的持续运行。
【附图说明】
[0028]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的介绍。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实施例。
[0029]图1是本实用新型变频器系统一种【具体实施方式】的电气连接结构示意图；
[0030]图2是本实用新型变频器系统一种【具体实施方式】的柜体布置结构示意图；
[0031 ]图3是本实用新型变频器系统一种【具体实施方式】的系统控制结构框图；
[0032]图中:1_进线柜，2-整流柜，3-控制柜，4-逆变柜，5-负载，6-主断路器，7-直流母线，8-双逆变柜并联结构，9-三逆变柜并联结构，10-斩波单元，11-交流滤波单元，12-斩波管，13-斩波电阻，20-整流单元，41 -分断单元，42-逆变单元。
【具体实施方式】
[0033]为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下:
[0034]EMI:ElectroMagnetic Interference，电磁干扰的简称；
[0035]DCU:Drive Control Unit，传动控制单元的简称。
[0036]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0037]如附图1至附图3所示，给出了本实用新型变频器系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0038]如附图1所示，一种变频器系统的具体实施例，包括:进线柜1、整流柜2、控制柜3和逆变柜4。
[0039]进线柜I的输入端接入交流电源。此外，进线柜I还用于实现辅助供电(为DCU、风机等设备供电)。
[0040]整流柜2与进线柜I相连，整流柜2用于实现从交流电流到直流电流的转换，直流电流汇入公共的直流母线7为逆变柜4提供直流电源。
[0041 ] 逆变柜4与整流柜2相连，整流柜2通过直流母线7为逆变柜4提供直流电源，变频器系统通过一台逆变柜4，或两台以上的逆变柜4以并柜实现并联的形式拖动不同功率、不同类型的负载5。
[0042]控制柜3与整流柜2、逆变柜4相连，控制柜3用于实现变频器系统的控制功能。
[0043]进线柜I进一步包括交流滤波单元11，整流柜2进一步包括整流单元20。交流滤波单元11的一端接入交流电源，交流滤波单元11的另一端与整流单元20的输入端相连。作为本实用新型一种典型的具体实施例，外部的交流电源进一步通过主断路器6接入进线柜I，主断路器6与交流滤波单元11相连。交流滤波单元11进一步采用L滤波电路或LC滤波电路或LCL滤波电路，交流滤波单元11用于衰减外部电源输入的EMI(电磁干扰)信号，同时控制变频器系统自身产生的EMI (电磁干扰)信号。
[0044]如附图1所示，进线柜I还包括斩波单元10，斩波单元10与直流母线7相连以实现集中斩波。斩波单元10进一步包括斩波管12和斩波电阻13，斩波管12与斩波电阻13相连。如附图3所示，控制柜3分别与进线柜1、整流柜2和逆变柜4相连，控制柜3进一步与斩波单元10相连。当系统制动回馈的能量无法全部被处于牵引状态的负载5吸收时，通过控制柜3对斩波管12的控制使多余的能量被斩波电阻13消耗。斩波单元10为选配单元，斩波电阻13由集成商根据实际工况所需消耗的能量进行配置。
[0045]变频器系统包括一台或两台以上的整流柜2，作为本实用新型一种典型的具体实施例，当变频器系统包括两台以上的整流柜2时，两台以上的整流柜2对称布置，并共同输出直流电源至公共的直流母线7。在如附图1所示的实施例中，变频器系统包括在直流母线7的两端对称布置的四台整流柜2和四台进线柜I，直流母线7的两端各有两台整流柜2(采用并柜方式连接)和进线柜1(采用并柜方式连接)，整流柜2和进线柜I串联后再相互并联。当变频器系统包括两台以上的奇数台整流柜2，如三台整流柜2时，则直流母线7的一端连接其中一台整流柜2，而另外两台整流柜2以并柜方式与直流母线7的另一端相连。
[0046]变频器系统包括一台或两台以上与直流母线7相连的逆变柜4。逆变柜4进一步包括分断单元41和逆变单元42，每台逆变单元42均通过分断单元41与直流母线7相连。当某一逆变单元42发生故障时，分断单元41立即切断与该分断单元41相连的发生故障的逆变单元42，而无需停止整套变频器系统的运行，能够满足其余逆变柜4的正常持续运行。
[0047]负载5进一步为电机，当变频器系统用于拖动两台以上的负载5时，变频器系统通过公共的直流母线7，处于制动工况的电机回馈的能量被同一系统中处于牵引工况的电机吸收，实现处于制动状态的电机反馈能量用于牵引状态的电机，以进一步降低系统的能耗。
[0048]当变频器系统中的进线柜1、整流柜2、控制柜3和逆变柜4均为两台以上时，进线柜1、整流柜2、控制柜3和逆变柜4采用对称型结构布置，以保证变频器系统中能量的双向流动。在如附图1所示的实施例中，变频器系统包括四台整流柜2、四台进线柜I和七台逆变柜
4。其中，两台为单逆变柜结构，两台逆变柜4并柜组成双逆变柜并联结构8，三台逆变柜4并柜组成三逆变柜并联结构9。在如附图2所示的实施例中，变频器系统包括两台进线柜1、两台整流柜2、两台控制柜3和两台逆变柜4，进线柜1、整流柜2、控制柜3和逆变柜4对称布置，以在变频器系统中形成能量的双向流动。
[0049]本实用新型上述具体实施例描述的变频器系统适用于三相或单相交流系统。同时，负载5可以采用用于石油钻井的绞车负载、栗类负载、转盘负载等中的任意一种。
[0050]通过实施本实用新型具体实施例描述的变频器系统的技术方案，能够产生如下技术效果:
[0051](I)本实用新型具体实施例描述的变频器系统能够通过单元柜体并柜实现多逆变柜并联，以快速组成满足不同功率等级、不同负载类别的变频器系统，若前期柜体功率选型较小，通用性强，后续扩容非常简易、方便，能够减少重复设计，降低设计成本；
[0052](2)本实用新型具体实施例描述的变频器系统通过采用公共直流母线，能够实现处于制动状态的电机反馈能量用于牵引状态的电机，而不用通过斩波电阻消耗反馈的能量，从而进一步降低能耗；
[0053](3)本实用新型具体实施例描述的变频器系统中的整流模块统一接入公共直流母线，不需要每个分散的逆变单元都配置相应的整流单元和斩波单元，能够有效地节省成本、节约资源；
[0054](4)本实用新型具体实施例描述的变频器系统采用对称形并柜结构可以实现能量的双向流动，减小直流母排尺寸、降低材料消耗，同时相应地减少单一单元柜内的母排散热，优化柜体布局；
[0055](5)本实用新型具体实施例描述的变频器系统中的每台逆变柜均自带分断单元，当某一逆变柜的逆变单元发生故障时，分断单元立即切断与该分断单元相连的故障逆变单元，而无需停止整套系统的运行，能够满足其余部分生产的持续运行。
[0056]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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0057]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。
【主权项】
1.一种变频器系统，其特征在于，包括:进线柜(I)、整流柜(2)、控制柜(3)和逆变柜(4)； 所述进线柜(I)的输入端接入交流电源； 所述整流柜(2)与所述进线柜(I)相连，所述整流柜(2)用于实现从交流电源到直流电源的转换； 所述逆变柜(4)与所述整流柜(2)相连，所述整流柜(2)通过直流母线(7)为所述逆变柜(4)提供直流电源，所述变频器系统通过一台逆变柜(4)，或两台以上的逆变柜(4)以并柜实现并联的形式拖动不同功率、不同类型的负载(5); 所述控制柜(3)与所述整流柜(2)、逆变柜(4)相连，所述控制柜(3)用于实现所述变频器系统的控制。2.根据权利要求1所述的变频器系统，其特征在于:所述进线柜(I)包括交流滤波单元(11)，所述整流柜(2)包括整流单元(20);所述交流滤波单元(11)的一端接入交流电源，所述交流滤波单元(11)的另一端与所述整流单元(20)的输入端相连。3.根据权利要求2所述的变频器系统，其特征在于:所述交流滤波单元(11)采用L滤波电路或LC滤波电路或LCL滤波电路，所述交流滤波单元(11)用于衰减外部电源输入的电磁干扰信号，同时控制所述变频器系统自身产生的电磁干扰信号。4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的变频器系统，其特征在于:所述进线柜(I)还包括斩波单元(10)，所述斩波单元(10)与所述直流母线(7)相连以实现集中斩波。5.根据权利要求4所述的变频器系统，其特征在于:所述斩波单元(10)包括斩波管(12)和斩波电阻(13)，所述斩波管(12)与斩波电阻(13)相连，所述控制柜(3)还与所述斩波单元(10)相连;当系统制动回馈的能量无法全部被处于牵引状态的负载(5)吸收时，通过所述控制柜(3)对所述斩波管(12)的控制使多余的能量被所述斩波电阻(13)消耗。6.根据权利要求1、2、3或5中任一项所述的变频器系统，其特征在于:所述变频器系统包括一台或两台以上的整流柜(2)，当所述变频器系统包括两台以上的整流柜(2)时，所述两台以上的整流柜(2)对称布置，并共同输出直流电源至所述直流母线(7)。7.根据权利要求6所述的变频器系统，其特征在于:所述变频器系统包括一台或两台以上与所述直流母线(7)相连的逆变柜(4)，所述逆变柜(4)包括分断单元(41)和逆变单元(42)，每台逆变单元(42)均通过分断单元(41)与所述直流母线(7)相连；当某一逆变单元(42)发生故障时，所述分断单元(41)切断与该分断单元(41)相连的发生故障的逆变单元(42)。8.根据权利要求1、2、3、5或7中任一项所述的变频器系统，其特征在于:所述负载(5)进一步为电机，当所述变频器系统用于拖动两台以上的所述负载(5)时，所述变频器系统通过公共的直流母线(7)，实现处于制动状态的电机反馈能量用于牵引状态的电机，以降低能耗。9.根据权利要求8所述的变频器系统，其特征在于:所述负载(5)为用于石油钻井的绞车负载、栗类负载、转盘负载中的任意一种。10.根据权利要求1、2、3、5、7或9中任一项所述的变频器系统，其特征在于:当所述变频器系统中的进线柜(I)、整流柜(2)、控制柜(3)和逆变柜(4)均为两台以上时，所述进线柜(I)、整流柜(2)、控制柜(3)和逆变柜(4)采用对称型结构布置，以保证所述变频器系统中能 量的双向流动。
【文档编号】H02M5/40GK205545052SQ201620287757
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】孟文辉, 刘斐, 王婷, 从静, 黄启钊, 杨卓, 龚毅, 罗成, 姜耀伟, 何正科, 丁晓帆
【申请人】中车株洲电力机车研究所有限公司