[发明专利]一种高频矩阵式轻量型全封闭高压变频装置

权利要求书

1.一种高频矩阵式轻量型全封闭高压变频装置，其特征在于，包括与电网输入侧连接的高压电源（1），所述高压电源（1）通过线缆依次电连接有输入保护单元（2）、输入滤波单元（3）、变频单元（4）及主控制器（5），所述变频单元（4）的输出端还通过线缆依次电连接有输出滤波单元（6）和输出保护单元（7），所述输出保护单元（7）通过线缆电连接高压电机输出侧，所述主控制器（5）还通过线缆电连接有散热单元（8）；

所述散热单元（8）连接有外部辅助电源（9）；

所述高压电源（1）包括与10kV电网侧电连接的10kVA三相交流高压电开合刀闸，三相分别为A、B、C三相，A、B、C三相均与输入保护单元（2）通过线缆电连接；

所述输入保护单元（2）包括并列设置有三组接触器（2-1），三组所述接触器（2-1）分别通过线缆电连接对应高压电源（1）的A、B、C三相，所述接触器（2-1）另一端通过线缆电连接有熔断器（2-2），三组所述熔断器（2-2）的另一端通过线缆电连接有所述输入滤波单元（3）；

所述输入滤波单元（3）包括三组并列设置的滤波器（3-1），三组所述滤波器（3-1）分别对应电连接三组所述熔断器（2-2），三组所述滤波器（3-1）的另一端均电连接所述变频单元（4）；

所述变频单元（4）包括并列设置的九个集成模块（4-1），分别记为集成模块a、集成模块b、集成模块c、集成模块d、集成模块e、集成模块f、集成模块g、集成模块h、集成模块i，与所述高压电源（1）A相对应的滤波器（3-1）通过线缆分别电连接所述集成模块c、集成模块f、集成模块i，与所述高压电源（1）B相对应的滤波器（3-1）通过线缆分别电连接所述集成模块b、集成模块e、集成模块h，与所述高压电源（1）C相对应的滤波器（3-1）通过线缆分别电连接所述集成模块a、集成模块d、集成模块g，九个所述集成模块（4-1）均通过光纤与主控制器（5）电连接；

每个所述集成模块（4-1）均有八个反串联IGBT子模块组成，八个反串联IGBT子模块中的第一个IGBT子模块与对应的滤波器（3-1）连接，八个反串联IGBT子模块中的第八个IGBT子模块与输出滤波单元（6）连接；

所述输出滤波单元（6）包括三组并列设置的滤波器a（6-1），所述集成模块a、集成模块b、集成模块c的另一端通过线缆汇聚到一条线缆后作为输出A相连接第一组所述滤波器a（6-1），所述集成模块d、集成模块e、集成模块f的另一端通过线缆汇聚到一条线缆作为输出B相连接第二组所述滤波器a（6-1），所述集成模块g、集成模块h、集成模块i的另一端通过线缆汇聚到一条线缆作为输出C相连接第三组所述滤波器a（6-1），三组所述滤波器a（6-1）的另一端通过线缆连接所述输出保护单元（7）；

所述输出保护单元（7）包括三组并列设置的接触器a（7-1），三组所述接触器a（7-1）分别通过线缆与三组所述滤波器a（6-1）连接，与输出A、B、C相对应的三组所述接触器a（7-1）分别对应连接高压电机输出侧的三相；

还包括集装箱（10），所述高压电源（1）、输入保护单元（2）、输入滤波单元（3）、变频单元（4）、主控制器（5）、输出滤波单元（6）和输出保护单元（7）以及散热单元（8）均设置在集装箱（10）内，所述散热单元（8）包括设置在集装箱（10）内的空调和内部循环风扇，所述空调和内部循环风扇均与外部辅助电源（9）和主控制器（5）电连接；

一种高频矩阵式轻量型全封闭高压变频装置，由八组反串联高频低压IGBT形成高度模块化的集成单元，进而搭建以此集成单元为基本变频组成模块的矩阵拓扑结构，实现了10kV及以上高压大功率变频系统的轻量化设计，采用全封闭自循环散热集装箱式橇装结构；

一种高频矩阵式轻量型全封闭高压变频装置的实时流程为：

上电后排查所有硬件，若测试时装置存在异常，同时切断输入保护单元（2）和输出保护单元（7），使变频装置处于安全检修独立状态，确保各器件指示元件显示正常，如果是联合作业，则通过主控制器（5）与其它设备进行通讯调试，确保设备间网络通讯畅通；

电网侧10kVA高压电通过高压电源1输送到变频装置上，经高压刀闸闭合，电流进入输入保护单元（2）中的三组接触器（2-1），进行欠压或失压保护，三组接触器（2-1）再进一步连接熔断器（2-2），进行短路过流保护；为矩阵式交-交变频架构，能四象限运行，电流流向均为双向；

系统正常启动后，电流流入输入滤波单元（3）的三个滤波器（3-1）分别进行各相滤波，滤波器是由电容、电感组成的滤波电路，对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，使较纯净的高压电流入变频单元（4），变频单元（4）的集成模块以低压IGBT子模块串联连接，高压滤波后直接输入，并且高压滤波后直接输出，省略了变压器，主控制器与变频单元之间采用高速光纤抗干扰信号进行数据交互；

主控制器（5）以低功耗ARM作为核心芯片的嵌入式单板机，通过高速光纤传输连接变频单元4，载入PWM调制占空比算法程序，经由外部辅助电源启动，初始化设置后，扫描通讯状态，确保通讯平稳正常后，按预置的变频算法软件分别通过光纤网络输出指令给变频单元（4）的集成模块a-i，程序通过占空比PWM调制算法进行斩波控制，IGBT采用4500V电压等级的绝缘栅双极型晶体管元件，经过反串联以及级联，能输出任意低于10kV的输出电压，调制后的电压进入输出滤波单元（6）；

输出滤波单元（6）滤除掉特定频率的频点或该频点以外的频率，电压进一步进入输出保护单元（7）的接触器a（7-1），接触器可进行后侧外部高压电机的通断控制；

装置正常运行时，主控制器（5）中的温控程序将自动监测装置集装箱内部空间室温，适时启动散热单元（8）的空调和内部循环风扇，快速流通内部空气，实现集装箱室内恒温控制；

装置输出电压经高压电机输出侧端子连接外部高压交流变频电机，从而进行变频传动驱动。