產品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
淺談單元串聯式高壓變頻器的整體結構設計
1引言
隨著國內高壓變頻器行業的不斷崛起，變頻器的結構也不斷從效仿到逐步改進，到優化到創新的不斷演變過程。變頻器結構的變化，即體現了結構設計人員的創新，同時也是對追求節能降耗方面持續認知的過程。從無到有，從有到大，從大到精，高壓變頻器結構的發展也歷經了不同發展階段，其排布形式也不斷涌現。
總的來說，高壓變頻器結構主要包括變換裝置、控制裝置、切分裝置。其基本結構無外乎幾個結合：功率柜與控制柜的結合、功率柜與變壓器（柜）的結合，功率柜與切換柜的結合，功率柜與功率單元的結合。這些結合的優劣，則體現了高壓變頻器的體積大小，同時也關乎于成本的權重。其中不少的結構排布，也都寫入了專利。
2高壓變頻器整體結構的發展
高壓變頻器整體結構的發展大致歷經了三個階段：
2.1冗余設計階段
設計之初，為保證產品的可靠性、穩定性，采用雙重冗余設計的模式，即加大了單元的數量，也增大了各器件的選型。10kV采用每相10個單元或13個單元，6kV采用每相6個單元或8個單元；功率器件選型余量大至2.5倍甚至3倍，電解電容選擇90-120UF/A，變壓器鐵芯、風機風量選型都不同程度的大一規格。其排布則延續傳統的排布模式，即從左往右依次為切換柜、變壓器柜、（接線柜）、功率柜、控制柜的模式，其外形如圖（1）：
圖（1）
其抽屜式[1]功率單元在功率柜的排布：6kV級、10kV級均是從左往右分別三相，每相豎排。6kV級每相6個單元的豎排；10kV級為前后布置，10個單元的前5后5組合成一相，13個單元的前7后6組合成一相。接線方式從移相變壓器次級出來，經接線柜從功率柜底部進入各相，每相之間均有加線板。具體排布6kV如圖（2）、10kV如圖（3）：
圖（2）
圖（3）
2.2改型階段
隨著高壓變頻器市場規模的不斷擴大，用戶對變頻的苛求也越來越嚴格。作為產品開發商，也不斷為提升產品質量與檔次作著不懈努力，所用柜體也由原來的單一種類向更寬范方向發展，其產品功能、質量與外形都在不斷升級。同規格變頻器原體積如圖（4）。其單元結構排布也有了更新的認知，由于原來每相豎排所用電纜多、結構復雜、附加成本大，便改為每相單元橫排，使變壓器次級引線分別對應A、B、C三相，不再有接線柜，直接通過電纜托板到達各單元，不再迂回，其控制柜也由原來的600mm轉為400mm。另一個飛躍則是每相單元數量的減少，如10kV改為8單元/相，6kV改為5單元/相。功率單元數量少了，其整機質量并沒有受到影響，相反其故障點卻相應減少，加之電路結構上星點漂移技術的應用，使得變頻器性能更加優越。功率柜具體排布情況，6kV5個單元，每相橫向分布，上、中、下三相如圖（5）所示。10kV如果采取單元前后放置，每相前4后4，如圖（6）所示：
圖（4）
圖（5） 圖（6）
2.3高密度、一體化設計階段
質量提升、性能提升是永不休止的目標，高壓變頻器的結構也是面臨不同時期的挑戰，隨著對資源、能源的更加關注，對變頻器的集成化程度要求也越來越高。如何設計出高性能低成本、高密度排布的變頻器，則成為各同行企業關注的焦點，也成為結構設計人員的努力方向。高壓變頻器新型結構[2]于是有了現在的從買來直接應用到設計上相互協作階段。
移相變壓器作為單元串聯變頻器中不可或缺的關鍵部件，一直默守成規，甚至多年不變，在結構設計中它的改變則成為設計中新的突破，其位置的重要性再一次被發掘被重視。于是變頻器的常規排布則被爭相改變。不少結構設計者煞費苦心，讓變頻器不同變換身位，來改變其應有的占用空間。常規變壓器的鐵芯大多是立式的，設計者要求廠家將它改為橫式排布，平式排布；其位置也有在功率柜的一側橫排，改為一側豎排，甚至由左側移至后側如圖（7）；還有的將功率單元放在變壓器的上面，其下面為切換柜、變壓器柜、控制柜，如圖（8）[3]這一拓展，思路不謂不寬，體積不謂不小。畢竟體積小，所用柜體就少；結構緊湊了，所用連接大線也相對減少；
風道系統[4]由于做到了風機共用，減少了損耗。
圖（7）
3結束語
總之結構設計，于無形中見有形，于千變萬化中又不離其中。在變頻器行業百花齊放的時代，相信你的設計會更加獨具匠心。
高壓變頻器作為十二五規劃中重點推廣使用[5]的節能型產品，其產品性能只有持續升級，結構不斷優化，方能適應新時期高新技術產品要求。
