CN109245563B - 一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，属于半导体变流技术和电气传动领域。所述功率柜包括平波直流电抗器柜，所述平波直流电抗器柜一侧固定连接三相全控晶闸管整流柜，另一侧固定连接晶闸管逆变柜，三相全控晶闸管整流柜和晶闸管逆变柜中的结构完全相同，通过平波直流电抗器柜内两个平波直流电抗器，将三相全控晶闸管整流柜中的整流回路与晶闸管逆变柜中的逆变回路连接起来；本发明所提供的功率柜，布局合理，结构紧凑、简单，晶闸管模组是一个整体，后期维护简单，可以满足大容量的同步电机启动所需的高电压大电流的晶闸管模组串联或者并联的要求。

Description

一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜

技术领域

本发明属于半导体变流技术和电气传动领域，具体涉及一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜。

背景技术

目前，大型同步电机是国民经济的关键设备，它的软起动一般采用静止变频起动(LCI，Load Commutated Inverter，即负载换相式电流源型变频器)装置，将电机运行到同步转速后，投切并网运行。静止变频起动(LCI)装置，是将三相交流电通过晶闸管全桥整流，变成中间直流电压，再经过晶闸管逆变桥组，变成电压和频率可变的三相交流电供给电机定子绕组，达到起动电机、将电机运行到同步转速的目的。对于大容量的同步电机的起动，其电压高，电流大，需要整流模块串联或并联，这就使变频起动***设备多、占地面积大、故障率高、维护量大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，采用静止变频起动(LCI)装置用于大功率同步电机变频调速。

一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，包括平波直流电抗器柜，所述平波直流电抗器柜一侧固定连接三相全控晶闸管整流柜，所述平波直流电抗器柜另一侧固定连接晶闸管逆变柜，其中三相全控晶闸管整流柜和晶闸管逆变柜中的结构完全相同，平波直流电抗器柜内包括两个平波直流电抗器，通过平波直流电抗器将三相全控晶闸管整流柜中的整流回路与晶闸管逆变柜中的逆变回路连接起来。

以所述晶闸管逆变柜为例，所述晶闸管逆变柜包括柜体、晶闸管模组、风机、触发及信号转接板、电容、电阻、检测模块和集风器；其中触发及信号转接板、电容和电阻位于所述柜体内部的上部，晶闸管模组、检测模块和集风器位于所述柜体内部的中部，风机位于所述柜体内部的下部。

本发明的优点在于：

1、本发明所提供的一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，结构紧凑、简单，晶闸管模组是一个整体，后期维护简单，可以满足大容量的同步电机启动所需的高电压大电流的晶闸管模组串联或者并联的要求。

2、本发明所提供的一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，采用晶闸管作为晶闸管功率单元主要元器件，价格便宜，性能可靠；其中晶闸管的脉冲触发采用光脉冲触发***，光脉冲触发***将光纤作为信号传递的介质，实现高、低压电位的隔离，更容易实现晶闸管的触发和状态监控，同时光脉冲触发***具有更高的抗干扰性，提高功率柜的可靠性。

3、本发明所提供的一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，布局合理，通风道设计合理，设备故障率低，提高了同步电机软起动的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜侧视分布图；

图2为本发明一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜正侧视图；

图3为本发明一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜右视图。

图中：

1、柜体； 2、晶闸管模组； 3、风机；

4、触发及信号转接板； 5、电容； 6、电阻；

7、检测模块； 8、集风器； 9、平波直流电抗器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所提供的功率柜进行详细说明。

本发明提供一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，采用静止变频起动(LCI)装置用于大功率同步电机变频调速，是交-直-交电流源型的变频器，所述用于大容量同步机静止变频起动(LCI)的功率柜结构简单，成本经济，在数兆瓦级大功率调速传动，特别是高电压、高转速的大功率传动中广泛应用。其中三相全控晶闸管整流柜和晶闸管逆变柜使用的晶闸管均采用光脉冲触发***，隔离高、低压侧，使功率柜***具有很强的抗干扰能力。由于电路结构的原因，无需任何附加电路，所述功率柜本身就适合于四象限运行，即：正反向运行与制动。

本发明提供一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，包括平波直流电抗器柜，所述平波直流电抗器柜一侧固定连接三相全控晶闸管整流柜，所述平波直流电抗器柜另一侧固定连接晶闸管逆变柜，其中三相全控晶闸管整流柜和晶闸管逆变柜中的结构完全相同，通过电气连接使三相全控晶闸管整流柜中形成整流回路，晶闸管逆变柜中形成逆变回路，平波直流电抗器柜内包括两个平波直流电抗器，通过平波直流电抗器将三相全控晶闸管整流柜中的整流回路与晶闸管逆变柜中的逆变回路连接起来，如图1所示。

如图2和图3所示，以所述晶闸管逆变柜为例，所述晶闸管逆变柜包括柜体1、晶闸管模组2、风机3、触发及信号转接板4、电容5、电阻6、检测模块7和集风器8，晶闸管模组2包括螺栓、碟形弹簧、螺杆套件、螺栓顶支撑块、薄绝缘子、晶闸管、铜散热器、厚绝缘子以及支撑框架；其中触发及信号转接板4、电容5和电阻6位于所述柜体1内部的上部，晶闸管模组2、检测模块7和集风器8位于所述柜体1内部的中部，风机3位于所述柜体1内部的下部，上部是阻容吸收区，中部是集风器8和晶闸管模组2中晶闸管工作区域，集风器8形成出风通道，对晶闸管模组2中发热的晶闸管进行冷却，下部是风机3冷却进风区域。所述柜体由KB柜框架焊接而成。

所述晶闸管模组2包括支撑框架和三个完整的压堆；所述支撑框架包括框架下托架、框架侧面绝缘支撑、框架中部绝缘支撑与框架上盖板；所述框架下托架由钢板焊接而成，用于放置完整的压堆；框架侧面绝缘支撑有两个，按照左右对称的方式分别插在框架下托架两端的固定孔中；框架中部绝缘支撑有两个，分别插在框架下托架上两个三等分点处的固定孔中。框架侧面绝缘支撑和框架中部绝缘支撑一起将支撑框架分隔为左中右三个空间。框架侧面绝缘支撑的内侧面具有支撑铜散热器的水平槽；框架中部绝缘支撑的左右两个面均具有支撑铜散热器的水平槽；所述的框架上盖板由钢板焊接而成，与框架侧面绝缘支撑和框架中部绝缘支撑的顶部固定连接，形成完整的支撑框架。

所述晶闸管模组2中压堆包括螺栓、碟形弹簧、螺杆套件、螺栓顶支撑块、薄绝缘子、晶闸管、铜散热器和厚绝缘子，支撑框架左中右三个空间内分别布置一个完整的压堆，共三个完整的压堆，且每个完整的压堆分别与支撑框架连接在一起，左中右三个完整的压堆结构布局完全一样，具体布局以左侧完整的压堆为例，在支撑框架左侧空间的框架下托架上表面通孔上放置碟形弹簧，碟形弹簧中间具有弹簧通孔，此时碟形弹簧处于初始状态；穿过碟形弹簧中间的弹簧通孔***螺杆套件，螺杆套件上半部反扣住碟形弹簧；螺杆套件下半部沿轴向开有平槽，平槽与框架下托架表面通孔配合并保证螺杆套件不发生旋转，螺杆套件能够相对于所述的表面通孔上下移动；螺杆套件中间具有螺纹通孔，从框架下托架下表面将螺栓旋入螺杆套件中间的螺纹通孔，螺栓从螺杆套件中间的螺纹通孔中旋出，直到螺栓露出螺杆套件上方一段距离后，在螺栓顶端放置螺栓顶支撑块，螺栓顶支撑块与螺栓接触的一面为球形凹面，顶面为平面，之后在螺栓顶支撑块的平面上水平放置薄绝缘子，再依次放置铜散热器和晶闸管，二者交替布置；其中薄绝缘子用于绝缘最下端带电的铜散热器和螺栓顶支撑块，所有铜散热器尺寸完全相同，所有晶闸管尺寸完全相同。最后在位于最上端的铜散热器的上端面放置厚绝缘子，厚绝缘子用于绝缘最上端带电的铜散热器和框架上盖板；继续转动螺栓，通过螺栓、螺杆套件和碟形弹簧之间的配合，将所有铜散热器和所有晶闸管压接在一起形成完整的压堆。本发明利用晶闸管(可控硅)为功率器件的一个模块单元，布局合理、结构紧凑、功率密度高，输出电流能力强，既可作为整流模块也可以作为逆变模块来使用。

将晶闸管模组2固定在柜体1中部后，柜体1的下部安装风机3，当风机3工作时，冷却空气竖直方向鼓入集风器8，集风器8中的冷却空气再横向通过铜散热器的片状缝隙，热空气被带到晶闸管模组2后方和上方，通过柜体顶部和后部的百叶窗排出，达到使晶闸管在工作时温升低，散热好的目的。

触发及信号转接板4用于控制晶闸管脉冲触发，晶闸管采用光脉冲触发***，将光纤作为信号传递的介质，实现高、低压电位的隔离，更容易实现晶闸管的触发和状态监控，同时光脉冲触发***具有更高的抗干扰性，提高功率柜的可靠性。

图3中电容5和电阻6组成阻容吸收回路，位于柜体1上部，用于过电压保护，它的发热量可以和晶闸管的热量一起通过风道排出柜外。

检测模块7为机侧电流检测元件，直接接入交流母排中，进行电流检测后将检测的电流数据传输到晶闸管控制***。

三相全控晶闸管整流柜中的晶闸管与晶闸管逆变柜中的晶闸管完全相同，结构布局也一样，通过不同的电气连接方式，使三相全控晶闸管整流柜中形成起整流作用的整流回路，使晶闸管逆变柜中形成起逆变作用的逆变回路，平波直流电抗器柜内包括两个平波直流电抗器9，通过平波直流电抗器9将三相全控晶闸管整流柜中的整流回路与晶闸管逆变柜中的逆变回路连接起来，限制平波直流电抗器柜中直流母线的电流上升率，实现平波限流。

通过对本发明所提供的用于大容量静止变频起动的功率柜结构特性的分析掌握，该功率柜是针对大容量同步机静止变频起动(LCI)所进行的设计，功率密度高，结构紧凑，输出电流能力强，风道设计和布局合理，且能够很好地满足更换和维护风机3的要求。

Claims (5)

1.一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，其特征在于，包括平波直流电抗器柜，所述平波直流电抗器柜一侧固定连接三相全控晶闸管整流柜，所述平波直流电抗器柜另一侧固定连接晶闸管逆变柜，其中三相全控晶闸管整流柜和晶闸管逆变柜中的结构完全相同，平波直流电抗器柜内包括两个平波直流电抗器，通过平波直流电抗器将三相全控晶闸管整流柜中的整流回路与晶闸管逆变柜中的逆变回路连接起来；

所述晶闸管逆变柜包括柜体、晶闸管模组、风机、触发及信号转接板、电容、电阻、检测模块和集风器；其中触发及信号转接板、电容和电阻位于所述柜体内部的上部，晶闸管模组、检测模块和集风器位于所述柜体内部的中部，风机位于所述柜体内部的下部；

所述晶闸管模组包括支撑框架和三个完整的压堆；所述支撑框架包括框架下托架、框架侧面绝缘支撑、框架中部绝缘支撑与框架上盖板；所述框架下托架由钢板焊接而成，用于放置完整的压堆；框架侧面绝缘支撑有两个，按照左右对称的方式分别插在框架下托架两端的固定孔中；框架中部绝缘支撑有两个，分别插在框架下托架上两个三等分点处的固定孔中；框架侧面绝缘支撑和框架中部绝缘支撑一起将支撑框架分隔为左中右三个空间；框架侧面绝缘支撑的内侧面具有支撑铜散热器的水平槽；框架中部绝缘支撑的左右两个面均具有支撑铜散热器的水平槽；所述的框架上盖板由钢板焊接而成，与框架侧面绝缘支撑和框架中部绝缘支撑的顶部固定连接，形成完整的支撑框架；

所述晶闸管模组中压堆包括螺栓、碟形弹簧、螺杆套件、螺栓顶支撑块、薄绝缘子、晶闸管、铜散热器和厚绝缘子，支撑框架左中右三个空间内分别布置一个完整的压堆，共三个完整的压堆，且每个完整的压堆分别与支撑框架连接在一起，左中右三个完整的压堆结构布局完全一样，具体布局以左侧完整的压堆为例，在支撑框架左侧空间的框架下托架上表面通孔上放置碟形弹簧，碟形弹簧中间具有弹簧通孔；穿过碟形弹簧中间的弹簧通孔***螺杆套件，螺杆套件上半部反扣住碟形弹簧；螺杆套件下半部沿轴向开有平槽，平槽与框架下托架表面通孔配合，螺杆套件不发生旋转，螺杆套件能够相对于所述的表面通孔上下移动；螺杆套件中间具有螺纹通孔，从框架下托架下表面将螺栓旋入螺杆套件中间的螺纹通孔，螺栓从螺杆套件中间的螺纹通孔中旋出，直到螺栓露出螺杆套件上方一段距离后，在螺栓顶端放置螺栓顶支撑块，螺栓顶支撑块与螺栓接触的一面为球形凹面，顶面为平面，之后在螺栓顶支撑块的平面上水平放置薄绝缘子，再依次放置铜散热器和晶闸管，二者交替布置；其中薄绝缘子用于绝缘最下端带电的铜散热器和螺栓顶支撑块，所有铜散热器尺寸完全相同，所有晶闸管尺寸完全相同；最后在位于最上端的铜散热器的上端面放置厚绝缘子，厚绝缘子用于绝缘最上端带电的铜散热器和框架上盖板；继续转动螺栓，通过螺栓、螺杆套件和碟形弹簧之间的配合，将所有铜散热器和所有晶闸管压接在一起形成完整的压堆。

2.如权利要求1所述的一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，其特征在于，所述晶闸管采用光脉冲触发方式，将光纤作为信号传递的介质。

3.如权利要求1所述的一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，其特征在于，当风机工作时，冷却空气竖直方向鼓入集风器，集风器中的冷却空气再横向通过铜散热器的片状缝隙，热空气被带到晶闸管模组后方和上方，通过柜体顶部和后部排出。

4.如权利要求1所述的一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，其特征在于，所述柜体由KB柜框架焊接而成。

5.如权利要求1所述的一种用于大容量同步机静止变频起动的功率柜，其特征在于，检测模块直接接入交流母排中，进行电流检测后将检测的电流数据传输到晶闸管控制***。

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