高壓變頻器散熱控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓變頻器散熱控制系統(tǒng)，特別涉及通過(guò)高壓變頻器負(fù)荷變化來(lái)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并通過(guò)高壓變頻器各部件溫度修正風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，使高壓變頻器各部件溫度恒定的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前用于高壓變頻器的散熱設(shè)計(jì)，通常都是通過(guò)空氣冷卻，利用空氣流動(dòng)到達(dá)散熱效果。傳統(tǒng)應(yīng)用于高壓變頻器的散熱裝置，都是使用交流風(fēng)扇，交流風(fēng)扇電源通常為電壓U、頻率f固定的工頻電源，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n，n=60f(l-S)/p，S*，s為轉(zhuǎn)差率，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，電源頻率f固定，即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速η固定。該固定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速滿足高壓變頻器在最大負(fù)荷、最高環(huán)境溫度時(shí)的散熱需求。風(fēng)扇屬于平方減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，風(fēng)扇電機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越低，風(fēng)扇電機(jī)功耗越小。高壓變頻器處于低負(fù)荷狀態(tài)或者低環(huán)境溫度時(shí)，只需要很小的通風(fēng)量即可滿足高壓變頻器的散熱需求，風(fēng)扇受到工頻電源的驅(qū)動(dòng)會(huì)維持固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，增加低負(fù)荷狀態(tài)或者低環(huán)境溫度時(shí)的電能消耗，造成能源浪費(fèi)，因風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生噪音、風(fēng)扇軸承壽命減短等問(wèn)題。
[0003]風(fēng)扇保護(hù)一般通過(guò)空氣斷路器脫扣保護(hù)或熱繼電器延時(shí)保護(hù)，保護(hù)誤差大、靈敏度差，當(dāng)風(fēng)扇出現(xiàn)故障后，容易造成故障擴(kuò)大化。風(fēng)扇控制一般通過(guò)一個(gè)接觸器控制風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)風(fēng)扇控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)無(wú)冗余，風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，造成高壓變頻器熱保護(hù)停機(jī)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)向根據(jù)電源相序確定，如果電源相序改變，使風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，造成散熱效果明顯下降，不能滿足散熱需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于高壓變頻器散熱的控制系統(tǒng)，通過(guò)高壓變頻器負(fù)荷控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并通過(guò)高壓變頻器各部件的散熱需求修正風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，使高壓變頻器各部件溫升保持在一個(gè)恒定值。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明用于高壓變頻器散熱控制系統(tǒng)包括:控制變壓器柜風(fēng)扇組和功率柜風(fēng)扇組運(yùn)行、停止，調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置；變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置的低壓小功率變頻器，與外部交流電源連接，并輸出頻率、幅值可調(diào)的交流電壓；配置于高壓變頻器內(nèi)變壓器柜的變壓器溫度傳感器，以及功率單元柜的功率單元溫度傳感器。該變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置的風(fēng)扇旁路控制模塊，與變壓器柜風(fēng)扇組、功率柜風(fēng)扇組、低壓小功率變頻器和外部交流電源連接，其中變壓器柜風(fēng)扇組、功率柜風(fēng)扇組配置于高壓變頻器的需要散熱處。
[0006]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述低壓小功率變頻器設(shè)有高壓變頻器散熱所需的參數(shù)，并根據(jù)高壓變頻器檢測(cè)到自身各部件的溫度及實(shí)際負(fù)荷來(lái)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。
[0007]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述變壓器柜風(fēng)扇組和功率柜風(fēng)扇組各由一個(gè)或一個(gè)以上相同規(guī)格的交流風(fēng)扇配置組成。
[0008]作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述變壓器溫度傳感器(211)和功率單元溫度傳感器(311)的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量及位置，由使用者根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)或散熱需求設(shè)定，所測(cè)量溫度包含變壓器線圈溫度、變壓器鐵芯溫度；功率單元的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)溫度、整流橋溫度、電各溫度。
[0009]作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述高壓變頻器實(shí)際負(fù)荷包含輸入電流、輸入功率、輸出電流、輸出功率。
[0010]作為本發(fā)明再一個(gè)的優(yōu)選方案，所述變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置包含交流-直流-交流轉(zhuǎn)換電路的低壓小功率變頻器。
[0011]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置的風(fēng)扇旁路控制模塊包含變壓器柜風(fēng)扇組和功率柜風(fēng)扇組電源切換電路。
[0012]由于監(jiān)測(cè)各風(fēng)扇的運(yùn)行狀況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各監(jiān)測(cè)風(fēng)扇非正常狀況的報(bào)警提醒，避免計(jì)劃外停機(jī)，鎖定了風(fēng)扇轉(zhuǎn)向。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的變頻器交流風(fēng)扇控制而言，改善了風(fēng)扇調(diào)速控制性能和電能耗用性，延長(zhǎng)風(fēng)扇軸承壽命，為使用者提供簡(jiǎn)便、智能、易于配置的高壓變頻器風(fēng)扇控制裝置。上述優(yōu)選方案簡(jiǎn)化了散熱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了制造成本，使風(fēng)扇總體能耗保持在一個(gè)較低水平。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
圖1是本發(fā)明單元串聯(lián)多電平高壓變頻器電路原理示意圖。
[0014]圖2是單元串聯(lián)多電平高壓變頻器組柜屏面主視圖，左面為變壓器柜，余下右面為功率柜。
[0015]圖3是圖2所示高壓變頻器組柜左視圖，示意進(jìn)出散熱通道。
[0016]圖4是現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)扇控制裝置電路原理不意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置的電路原理示意圖。
[0018]圖6是圖5分解風(fēng)扇旁路控制模塊的電路原理示意圖。
[0019]圖7是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例高壓變頻器散熱控制系統(tǒng)的原理方框圖。
[0020]圖8是圖7分解變壓器柜風(fēng)扇組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的原理方框圖。
[0021]圖9是圖7分解功率柜風(fēng)扇組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的原理方框圖。
[0022]圖10是本發(fā)明又一優(yōu)選實(shí)施例變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置的原理方框圖。
[0023]圖11是圖10分解變壓器柜風(fēng)扇組和功率柜風(fēng)扇組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的原理方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1是單元串聯(lián)多電平高壓變頻器原理示意圖，電網(wǎng)輸入經(jīng)移相變壓器21提供多個(gè)副邊電壓輸出，分別給功率單兀31供電，再由多個(gè)功率單兀31串聯(lián)為一相輸出的方式，構(gòu)成三相輸出；高壓變頻器控制系統(tǒng)4通過(guò)控制功率單元31的PWM輸出來(lái)控制高壓變頻器I輸出電壓的頻率和幅值，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。高壓變頻器控制系統(tǒng)4和功率單元31之間通過(guò)光纖進(jìn)行通訊，既保證信號(hào)的可靠傳輸，同時(shí)保證高壓變頻器控制系統(tǒng)4與高壓部分的絕緣隔離。高壓變頻器I的主要發(fā)熱部件為移相變壓器21和功率單元31，通常將移相變壓器21裝在一個(gè)柜子里，組成變壓器柜2，將功率單元31裝在一個(gè)或一個(gè)以上柜子里面，組成功率柜3，見(jiàn)圖2高壓變頻器組柜屏面主視圖。也可以將移相變壓器21與功率單元31裝在一個(gè)柜子里面，組成高壓變頻器I。
[0025]圖3是高壓變頻器散熱風(fēng)道示意圖，為圖2的左視圖，風(fēng)扇抽風(fēng)強(qiáng)迫空氣流動(dòng)，冷空氣通過(guò)進(jìn)風(fēng)口 11進(jìn)入高壓變頻器I內(nèi)部，發(fā)熱部件的熱量通過(guò)空氣流動(dòng)換熱，熱空氣通過(guò)出風(fēng)口 15排到室外，與自然環(huán)境熱交換。變壓器柜風(fēng)扇組6使冷空氣通過(guò)變壓器柜進(jìn)風(fēng)口 12進(jìn)入變壓器柜2，冷卻圖1中的移相變壓器21，熱空氣通過(guò)變壓器柜出風(fēng)口 16排出；功率柜風(fēng)扇組7使冷空氣通過(guò)功率柜進(jìn)風(fēng)口 13進(jìn)入功率柜3，冷卻圖1中的功率單元31，熱空氣通過(guò)功率柜出風(fēng)口 17排出；變壓器柜2與功率柜3的風(fēng)道相對(duì)獨(dú)立，通過(guò)變壓器柜2與功率柜3之間風(fēng)量互不影響。變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置5控制風(fēng)扇時(shí)，便于調(diào)節(jié)變壓器柜風(fēng)扇組6、功率柜風(fēng)扇組7各自的最低轉(zhuǎn)速，維持移相變壓器21和功率單元31溫度恒定。當(dāng)移相變壓器21、功率單元31合用一個(gè)風(fēng)扇組散熱時(shí)，需要通過(guò)隔阻裝置，分配移相變壓器21與功率單元31之間的風(fēng)量。
[0026]圖4是現(xiàn)有技術(shù)風(fēng)扇控制裝置電路原理示意圖，空氣斷路器QF閉合，接入電源，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)接觸器KM控制，高壓變頻器控制系統(tǒng)4發(fā)出風(fēng)扇運(yùn)行信號(hào)405后，接觸器KM吸合，風(fēng)扇運(yùn)行；高壓變頻器控制系統(tǒng)4撤銷風(fēng)扇運(yùn)行信號(hào)405后，接觸器KM斷開(kāi)，風(fēng)扇停止。風(fēng)扇由頻率為50Hz/60Hz工頻電源驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n，n=120f (l_s)/p，式中，S為轉(zhuǎn)差率，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，電源頻率f固定，即風(fēng)扇轉(zhuǎn)速η固定，該固定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速滿足高壓變頻器I在最大負(fù)荷、最高環(huán)境溫度時(shí)的散熱需求。風(fēng)扇是平方減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，風(fēng)扇電機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越低，風(fēng)扇電機(jī)功耗越小。高壓變頻器I處于低負(fù)荷狀態(tài)或者低環(huán)境溫度時(shí)，只需要很小的通風(fēng)量即可滿足高壓變頻器I的散熱需求，風(fēng)扇受到工頻電源的驅(qū)動(dòng)會(huì)維持固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，增加低負(fù)荷狀態(tài)或者低環(huán)境溫度時(shí)的電能消耗，造成大量電能浪費(fèi)。風(fēng)扇高速越高，產(chǎn)生噪音越大、風(fēng)扇機(jī)械壽命越短。風(fēng)扇保護(hù)一般通過(guò)空氣斷路器QF過(guò)流脫扣保護(hù)或熱繼電器FR過(guò)載延時(shí)保護(hù)，保護(hù)值誤差大，保護(hù)靈敏度差，不能有效保護(hù)風(fēng)扇電機(jī)，造成風(fēng)扇電機(jī)燒毀，使故障擴(kuò)大。風(fēng)扇控制通過(guò)接觸器KM控制風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)接觸器KM制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)無(wú)冗余，風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，造成高壓變頻器I熱保護(hù)停機(jī)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)向根據(jù)電源相序確定，如果電源相序改變，使風(fēng)扇反轉(zhuǎn)，造成散熱效果明顯下降，不能滿足高壓變頻器散熱需求，使高壓變頻器熱保護(hù)，造成計(jì)劃外停機(jī)。需人工確認(rèn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)向是否正確，操作繁瑣，增加管理成本。
[0027]圖5是本發(fā)明的變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置電路原理示意圖，由單個(gè)或多個(gè)變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置5，構(gòu)成整個(gè)高壓變頻器散熱控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置5由低壓小功率變頻器51與風(fēng)扇旁路控制模塊53組成，低壓小功率變頻器51，通過(guò)交-直-交變換，將輸入的交流電源整流、濾波后，得到直流電，將直流電通過(guò)逆變電路PWM輸出，得到電壓u、頻率f可變的交流電源，u/f=C,式中C為常數(shù)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n，n=60f (1-s) /p,式中，S為轉(zhuǎn)差率，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，用低壓小功率變頻器51驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，改變低壓小功率變頻器51輸出電壓的頻率f，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
[0028]如圖6結(jié)合圖5所示，接觸器KMl與KM2組成變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置5的風(fēng)扇旁路控制模塊53，接觸器KMl與KM2互鎖，只能合其中一個(gè)，避免因KM1、KM2同時(shí)閉合，損壞低壓小功率變頻器51。當(dāng)?shù)蛪盒」β首冾l器51正常工作時(shí)，低壓小功率變頻器故障旁路控制信號(hào)513無(wú)效，513常開(kāi)點(diǎn)(NO)斷開(kāi)，KM2接觸器斷開(kāi)，513常閉點(diǎn)(NC)閉合，KMl接觸器閉合，風(fēng)扇由低壓小功率變頻器51驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇變頻調(diào)速運(yùn)行。當(dāng)?shù)蛪盒」β首冾l器51障后，513常閉點(diǎn)(NC)斷開(kāi)，KMl接觸器斷開(kāi)，513常開(kāi)點(diǎn)(NO)閉合，KM2接觸器閉合，將風(fēng)扇切換到工頻回路。變頻調(diào)速風(fēng)扇控制裝置5的低壓小功率變頻器51故障后，通過(guò)風(fēng)扇旁路控制模塊53自動(dòng)將風(fēng)扇切換到工頻回路，風(fēng)扇繼續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇控制冗余備份，增加了系統(tǒng)可靠性。