一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，屬于機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域；沖擊發(fā)電機(jī)又叫短路發(fā)電機(jī)，是為高壓開關(guān)和變壓器等做型式試驗(yàn)提供大短路電流的設(shè)備；高壓異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)是該項(xiàng)目的難點(diǎn)，以往是通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接多路電阻，在啟動(dòng)過程中逐步短接每一路電阻來實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的，該方案設(shè)備投入多，運(yùn)行效率低，運(yùn)行維護(hù)量大，控制精度不高，且不能提供60Hz運(yùn)行工況；為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，采用的是功率單元串聯(lián)的H橋方案，裝置的組成部分包括開關(guān)柜、變壓器柜、功率柜、及控制柜；解決了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備投入多、運(yùn)行效率低、運(yùn)行維護(hù)量大、控制精度不高，且不能提供60Hz運(yùn)行工況的問題。
【專利說明】一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊發(fā)電機(jī)又叫短路發(fā)電機(jī)，是為高壓開關(guān)和變壓器等做型式試驗(yàn)提供大短路電流的設(shè)備；其運(yùn)行是由10 kV高壓異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，然后利用轉(zhuǎn)動(dòng)能量做短路試驗(yàn)；而高壓異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)是該項(xiàng)目的難點(diǎn)，以往運(yùn)行工況是通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接多路電阻，在啟動(dòng)過程中逐步短接每一路電阻來實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的，該方案設(shè)備投入多，運(yùn)行效率低，運(yùn)行維護(hù)量大，控制精度不高，且不能提供60 Hz運(yùn)行工況。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備投入多、運(yùn)行效率低、運(yùn)行維護(hù)量大、控制精度不高，且不能提供60 Hz運(yùn)行工況的問題。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，采用的是功率單元串聯(lián)的H橋方案，裝置的組成部分包括開關(guān)柜、變壓器柜、功率柜、及控制柜。
[0005]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，在串聯(lián)H橋式高壓變頻啟動(dòng)裝置中，其輸入電源電壓為10 kV，每相有9個(gè)功率單元；10 kV電網(wǎng)電壓直接給移相變壓器供電，移相變壓器二次側(cè)有27個(gè)獨(dú)立的三相低壓繞組；每一個(gè)三相低壓繞組給一個(gè)低壓?jiǎn)蜗嘧冾l器供電；輸出到電機(jī)的每一相由9個(gè)功率單元串聯(lián)，三相共27個(gè)功率單元，即可輸出三相對(duì)稱的電壓、頻率都可調(diào)的變壓、變頻電源；最輸出電壓為10 kV，頻率60 Hz，可直接驅(qū)動(dòng)10kV的三相異步電動(dòng)機(jī)。
[0006]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，開關(guān)柜主要由高壓真空斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、移向變壓器和變頻器組成；真空斷路器和隔離開關(guān)的一個(gè)作用是在高壓變頻裝置檢修時(shí)提供隔離保護(hù)，另一個(gè)作用是故障狀態(tài)下緊急切斷高壓電源以保護(hù)變頻裝置和聞壓
電動(dòng)機(jī)；電壓互感器可對(duì)輸入的高電壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷輸入、輸出電壓的質(zhì)量是否出現(xiàn)故障，為進(jìn)行高性能的控制提供依據(jù)。
[0007]—種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，變壓器柜內(nèi)主要為高壓隔離移相變壓器；10 kV高壓變頻啟動(dòng)裝置采用I 700 V級(jí)的IGBT功率元件，功率柜中每相由9個(gè)功率單元組成；這些單元皆由隔離移相變壓器二次側(cè)供電，且二次側(cè)依次相差一個(gè)相位差，可實(shí)現(xiàn)多重化串聯(lián)整流；在移相變壓器的一次側(cè)中，各折算的二次側(cè)電流疊加后，其電流波形非常逼近正弦波，因此對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾非常小，改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)；變壓器柜中同時(shí)包括溫度監(jiān)測(cè)控制器的測(cè)溫點(diǎn)，它實(shí)時(shí)循環(huán)監(jiān)測(cè)各相繞組的溫度，當(dāng)溫度高于預(yù)定設(shè)置值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)變壓器柜下部的6個(gè)冷卻風(fēng)扇，同時(shí)，變壓器溫度監(jiān)測(cè)控制器會(huì)及時(shí)在變壓器故障時(shí)，把信息立即反饋給控制柜，保證了變壓器的可靠運(yùn)行。
[0008]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，功率柜是變頻裝置功率主電路核心的部分，它由多個(gè)完全相同的功率單元組成，各功率單元的輸出電壓串聯(lián)疊加后組成輸出到電機(jī)的三相電壓；功率單元中的主功率器件為IGBT，耐壓等級(jí)為I 700 V級(jí)；10 kV的高壓變頻裝置采用I 700 V的I G B T時(shí)，每相中包含9個(gè)功率單元，而每個(gè)功率單元的輸出電壓為交流641.5 V，則變頻器相電壓為9 X 641.5 V，即5 774 V，相應(yīng)的其線電壓為10 kV ；通過采用優(yōu)化的PWM控制技術(shù)，使得輸出到電機(jī)的電壓波形非常接近正弦波，諧波含量小，dv /dt小，無(wú)須額外增加濾波器，可以直接輸出到普通異步電動(dòng)機(jī)。
[0009]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，控制柜是整個(gè)高壓變頻啟動(dòng)裝置的核心，根據(jù)用戶在本地或遠(yuǎn)程的操作和設(shè)置，采集系統(tǒng)中電壓、電流模擬量及各開關(guān)量，進(jìn)行邏輯處理和計(jì)算后，決定并控制各功率單元，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滿足輸出要求，控制柜中包括不間斷電源UPS、斷路器、可編程邏輯控制器PLC、DSP控制板、IO板、光纖板、液晶操作人機(jī)界面及控制按鈕、開關(guān)。
[0010]本發(fā)明一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置的有益效果是:大大簡(jiǎn)化了啟動(dòng)過程，減少了設(shè)備投入與運(yùn)行維護(hù)工作量，還能夠提供高精度即O?60 H z的變頻電源，大大提聞了運(yùn)行效率，為以后其它沖擊發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)方式提供參考。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置串聯(lián)H橋式高壓變頻啟動(dòng)裝置功率電路圖意圖。
[0012]圖2是一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置H橋單個(gè)功率單元內(nèi)部電路原理圖。
[0013]圖3是一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置手動(dòng)方式的開關(guān)柜構(gòu)成示意圖。
[0014]圖4是一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置控制柜控制原理示意圖。
[0015]圖5是一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置沖擊發(fā)電機(jī)變頻啟動(dòng)流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，采用的是功率單元串聯(lián)的H橋方案，裝置的組成部分包括開關(guān)柜、變壓器柜、功率柜、及控制柜。
[0017]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，圖1是串聯(lián)H橋式高壓變頻啟動(dòng)裝置功率電路圖，其輸入電源電壓為10 kV，每相有9個(gè)功率單元；圖1中10 kV電網(wǎng)電壓直接給移相變壓器供電，移相變壓器二次側(cè)有27個(gè)獨(dú)立的三相低壓繞組；每一個(gè)三相低壓繞組給一個(gè)低壓?jiǎn)蜗嘧冾l器供電，其電路圖如圖2所示；在圖1給出的原理圖中，輸出到電機(jī)的每一相由9個(gè)功率單元串聯(lián)，三相共27個(gè)功率單元，即可輸出三相對(duì)稱的電壓、頻率都可調(diào)的變壓、變頻電源；最高輸出電壓為10 kV，頻率60 Hz，可直接驅(qū)動(dòng)10 kV的三相異步電動(dòng)機(jī)。
[0018]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，開關(guān)柜主要由高壓真空斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、移向變壓器和變頻器組成；手動(dòng)方式的開關(guān)柜構(gòu)成如圖3所示，真空斷路器和隔離開關(guān)的一個(gè)作用是在高壓變頻裝置檢修時(shí)提供隔離保護(hù)，另一個(gè)作用是故障狀態(tài)下緊急切斷高壓電源以保護(hù)變頻裝置和高壓電動(dòng)機(jī)；電壓互感器可對(duì)輸入的高電壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷輸入、輸出電壓的質(zhì)量是否出現(xiàn)故障，為進(jìn)行高性能的控制提供依據(jù)。
[0019]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，變壓器柜內(nèi)主要為高壓隔離移相變壓器；10 kV高壓變頻啟動(dòng)裝置采用I 700 V級(jí)的IGBT功率元件，功率柜中每相由9個(gè)功率單元組成；這些單元皆由隔離移相變壓器二次側(cè)供電，且二次側(cè)依次相差一個(gè)相位差，可實(shí)現(xiàn)多重化串聯(lián)整流；在移相變壓器的一次側(cè)中，各折算的二次側(cè)電流疊加后，其電流波形非常逼近正弦波，因此對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾非常小，完全滿足國(guó)際、國(guó)內(nèi)包括IEEE 519—1992和GB / T 14549—93在內(nèi)各種標(biāo)準(zhǔn)的要求；同時(shí)也改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)；變壓器柜中同時(shí)包括溫度監(jiān)測(cè)控制器的測(cè)溫點(diǎn)，它實(shí)時(shí)循環(huán)監(jiān)測(cè)各相繞組的溫度，當(dāng)溫度高于預(yù)定設(shè)置值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)變壓器柜下部的6個(gè)冷卻風(fēng)扇；同時(shí)，變壓器溫度監(jiān)測(cè)控制器會(huì)及時(shí)在變壓器故障時(shí)，把信息立即反饋給控制柜，保證了變壓器的可靠運(yùn)行。
[0020]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，功率柜是變頻裝置功率主電路核心的部分，它由多個(gè)完全相同的功率單元組成，各功率單元的輸出電壓串聯(lián)疊加后組成輸出到電機(jī)的三相電壓；功率單元中的主功率器件為IGBT，耐壓等級(jí)為I 700 V級(jí)；10 kV的高壓變頻裝置采用I 700 V的I G B T時(shí)，每相中包含9個(gè)功率單元，而每個(gè)功率單元的輸出電壓為交流641.5 V，則變頻器相電壓為9X641.5 V，即5774 V，相應(yīng)的其線電壓為10 kV ；通過采用優(yōu)化的PWM控制技術(shù)，使得輸出到電機(jī)的電壓波形非常接近正弦波，諧波含量小，dv /dt小，無(wú)須額外增加濾波器，可以直接輸出到普通異步電動(dòng)機(jī)，且對(duì)變頻裝置到電機(jī)的電纜長(zhǎng)度沒有要求；功率單元和控制柜之間通過高速可靠的光纖進(jìn)行通信，可有效避免電磁干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。
[0021]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，控制柜是整個(gè)高壓變頻啟動(dòng)裝置的核心，它根據(jù)用戶在本地或遠(yuǎn)程的操作和設(shè)置，采集系統(tǒng)中電壓、電流模擬量及各開關(guān)量，進(jìn)行邏輯處理和計(jì)算后，決定并控制各功率單元，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滿足輸出要求；控制柜的控制原理框圖如圖4所示；控制柜中包括不間斷電UPS、斷路器、可編程邏輯控制器PLC、DSP控制板、IO板、光纖板、液晶操作人機(jī)界面及控制按鈕、開關(guān)等。其中，所有的計(jì)算在DSP控制板中進(jìn)行；控制核心為專業(yè)設(shè)計(jì)的雙數(shù)字信號(hào)處理器，并輔之以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和復(fù)雜可編程邏輯器件，采用它們不但可進(jìn)行高速運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，而且還大大簡(jiǎn)化了控制電路的設(shè)計(jì)，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。
[0022]一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，沖擊發(fā)電機(jī)變頻啟動(dòng)過程如圖5所示；首先變頻器等待啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)上位機(jī)有啟動(dòng)信號(hào)后，變頻器正常運(yùn)行到設(shè)定頻率；當(dāng)沖擊發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)到要開始短路試驗(yàn)時(shí)，給變頻器發(fā)送封鎖脈沖信號(hào)，此封鎖信號(hào)要求最短2 s ;當(dāng)封鎖信號(hào)消失后，變頻器正常運(yùn)行到設(shè)定頻率；當(dāng)P L C檢測(cè)到第一個(gè)封鎖脈沖指令低電平時(shí)，禁止啟動(dòng)位，也就是封鎖脈沖；當(dāng)檢測(cè)到封鎖脈沖消失，恢復(fù)啟動(dòng)位，變頻器重新啟動(dòng)運(yùn)行；在封鎖脈沖信號(hào)有效期間，啟動(dòng)按鈕指令無(wú)效；在此過程中，當(dāng)有停機(jī)、急停、故障信號(hào)發(fā)生時(shí)，都按相應(yīng)邏輯處理，這時(shí)操作停機(jī)或故障停機(jī)后，需要重新操作啟動(dòng)變頻器；在整個(gè)運(yùn)行過程中，必須保證封鎖脈沖信號(hào)指令的正確性，即短路試驗(yàn)時(shí)，必須發(fā)送封鎖脈沖指令低電平信號(hào)；短路試驗(yàn)完成發(fā)送高電平信號(hào)。
【權(quán)利要求】
1.一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，其特征是:采用的是功率單元串聯(lián)的H橋方案，裝置的組成部分包括開關(guān)柜、變壓器柜、功率柜、及控制柜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，其特征是:在串聯(lián)H橋式高壓變頻啟動(dòng)裝置中，其輸入電源電壓為10 kV，每相有9個(gè)功率單元；10 kV電網(wǎng)電壓直接給移相變壓器供電，移相變壓器二次側(cè)有27個(gè)獨(dú)立的三相低壓繞組；每一個(gè)三相低壓繞組給一個(gè)低壓?jiǎn)蜗嘧冾l器供電；輸出到電機(jī)的每一相由9個(gè)功率單元串聯(lián)，三相共27個(gè)功率單元，即可輸出三相對(duì)稱的電壓、頻率都可調(diào)的變壓、變頻電源；最輸出電壓為10kV，頻率60 Hz，可直接驅(qū)動(dòng)10 kV的三相異步電動(dòng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，其特征是:開關(guān)柜主要由高壓真空斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、移向變壓器和變頻器組成；真空斷路器和隔離開關(guān)的一個(gè)作用是在高壓變頻裝置檢修時(shí)提供隔離保護(hù)，另一個(gè)作用是故障狀態(tài)下緊急切斷高壓電源以保護(hù)變頻裝置和高壓電動(dòng)機(jī)；電壓互感器可對(duì)輸入的高電壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷輸入、輸出電壓的質(zhì)量是否出現(xiàn)故障，為進(jìn)行高性能的控制提供依據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，其特征是:變壓器柜內(nèi)主要為高壓隔離移相變壓器；10 kV高壓變頻啟動(dòng)裝置采用I 700 V級(jí)的IGBT功率元件，功率柜中每相由9個(gè)功率單元組成；這些單元皆由隔離移相變壓器二次側(cè)供電，且二次側(cè)依次相差一個(gè)相位差，可實(shí)現(xiàn)多重化串聯(lián)整流；在移相變壓器的一次側(cè)中，各折算的二次側(cè)電流疊加后，其電流波形非常逼近正弦波，因此對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾非常小，改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)；變壓器柜中同時(shí)包括溫度監(jiān)測(cè)控制器的測(cè)溫點(diǎn)，它實(shí)時(shí)循環(huán)監(jiān)測(cè)各相繞組的溫度，當(dāng)溫度高于預(yù)定設(shè)置值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)變壓器柜下部的6個(gè)冷卻風(fēng)扇，同時(shí)，變壓器溫度監(jiān)測(cè)控制器會(huì)及時(shí)在變壓器故障時(shí)，把信息立即反饋給控制柜，保證了變壓器的可靠運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，其特征是:功率柜是變頻裝置功率主電路核心的部分，它由多個(gè)完全相同的功率單元組成，各功率單元的輸出電壓串聯(lián)疊加后組成輸出到電機(jī)的三相電壓；功率單元中的主功率器件為IGBT，耐壓等級(jí)為I 700 V級(jí)；10 kV的高壓變頻裝置采用I 700 V的I G B T時(shí)，每相中包含9個(gè)功率單元，而每個(gè)功率單元的輸出電壓為交流641.5 V，則變頻器相電壓為9X641.5 V，即5 774V，相應(yīng)的其線電壓為10 kV ;通過采用優(yōu)化的PWM控制技術(shù)，使得輸出到電機(jī)的電壓波形非常接近正弦波，諧波含量小，dv /dt小，無(wú)須額外增加濾波器，可以直接輸出到普通異步電動(dòng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型沖擊發(fā)電機(jī)組變頻啟動(dòng)裝置，其特征是:控制柜是整個(gè)高壓變頻啟動(dòng)裝置的核心，根據(jù)用戶在本地或遠(yuǎn)程的操作和設(shè)置，采集系統(tǒng)中電壓、電流模擬量及各開關(guān)量，進(jìn)行邏輯處理和計(jì)算后，決定并控制各功率單元，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滿足輸出要求，控制柜中包括不間斷電源UPS、斷路器、可編程邏輯控制器PLC、DSP控制板、IO板、光纖板、液晶操作人機(jī)界面及控制按鈕、開關(guān)。
【文檔編號(hào)】H02P1/26GK103532444SQ201310212204
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】郭克磊, 范新躍 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)華明變壓器有限公司