1引言
上世纪80年代外资变频器产品开始进入我国市场，并且随着我国经济的高速发展和人们节能环保意识的增强，近些年来变频器在我国的应用越发普及，行业规模迅速扩大。随着市场的扩大和用户端需求的多样化，国内变频器产品的功能在不断完善和增加，集成度和系统化越来越高，使用更加方便，并且已经出现某些专用变频器产品。另外，变频器的应用领域也在不断扩大。目前，国内由于中大型工程的大量上马，因节能降耗的需要，中高压（3~10kV）、中功率（200~2000kW）变频器用量快速增长。因为变频器容量的增加，其体积也随之增大。有些工程场合对变频器安放位置要求严格，同时变频器生产过程也需要节能，为此，减小变频器体积就提到了日程。
现有技术中，变频器的切换柜、控制柜、变压器柜、变频功率单元柜均为独立柜体，其空间布置形式是一字型依次排列；切换柜与控制柜、变压器柜分别通过电缆、控制线连接，变频功率单元柜与控制柜、变压器柜分别通过控制线、电缆连接，由于现有结构的布置，造成相互之间连线长，交错复杂，不便于装配维修；变压器柜、变频功率单元柜中单独设置风机散热，风机数量多，电耗高；而且，各柜体依次排列的布局使得变频器整体结构体积大，占地面积大，成本高，功率密度低。长期以来，大容量中高压变频器结构改进不大，为此，荣信电力电子股份有限公司，专门立项研究，开发出一体化集成结构的中高压变频器，并实现了模块化设计。以10kV，900kVA为例，新结构与传统结构相比，体积是传统的40％，重量比为60％，通风量比为14.3％。此项技术已申请了专利保护。
2中高压变频器一体化集成整体结构
2.1中高压变频器传统结构
中高压变频器传统结构（即荣信电力电子股份有限公司第四代产品）如图1所示。
中高压变频器传统结构，由变压器柜、控制器与功率单元柜1和功率单元柜2组成。这些柜成一字型排列，配有6台风机，顶部安装。以10kV，900kW为例，其宽×深×高=6.4m×1.3m×2.85m=23.712m3。该系统中没有电源切换装置，还需要另配。
2.2中高压变频器新型结构
2.2.1中高压变频器新型结构组成
中高压变频器新型结构基本组成（即荣信电力电子股份有限公司第五代产品）[1]如图2所示，其内部布置结构如图3所示。
注：1-雨棚；2-变频器柜体；3-变频功率单元；4-控制单元。
图2 中高压变频器新型结构
图3 内部布置结构图
2.2.2中高压变频器新型结构后部组成
中高压变频器新型结构后部组成如图4所示。
注：1-背板；2-雨棚；3-变压器；4-箱体；5 -切换单元；6-风机。
图4 中高压变频器新型结构后部组成图
本中高压变频器新型结构[2]是一个提供一种布局紧凑、柜体单元之间连线方便的一体化集成结构的中高压变频器，而且变频器功率单元采用模块化设计，抽屉式快速插拔结构，便于功率单元的生产、储备、安装、扩展、维修和运输。
一体化集成结构的中高压变频器，在一个柜体内，包括控制单元、变频功率单元、切换单元、变压器单元，其特征在于，变频功率单元与变压器单元在变频器柜内呈前后布置。控制单元与切换单元在变频器柜内呈前后布置。
变频器功率单元采用抽屉式结构[3]，包括多个功率单元垂直布置，每列对应一相。
2.2.3中高压变频器新型结构的风道系统
中高压变频器新型结构的风道系统[4]如图5所示。
注：1-变频功率单元腔；2-雨棚；3-变压器单元腔；4-背板；5-风机；6、7-风道；8-隔板。
图5中高压变频器新型结构的风道系统图
变频功率单元与变压器单元之间设有串联式通风冷却系统，包括风道和风机，风道包括变频功率单元腔和变压器单元腔，风机设置在变压器单元腔下部，风机进口与变频功率单元腔相连接，风机出口设置在变压器单元下方。
2.2.4中高压变频器新型结构的抽屉式功率单元
中高压变频器新型结构的抽屉式功率单元如图6所示。
a) 抽屉式功率单元结构示意图
b) 抽屉式功率单元结构底部视图
c) 抽屉式功率单元结构安装示意图
注：1-电容；2-热管散热器；3-复合母排；4-输出铜排；5-输入插座；6-快熔；7-输入铜排；8-输出插座；9-电阻；10-IGBT；11-整流桥；12-故障旁路模块；13-抽屉。
图6 中高压变频器新型结构的抽屉式功率单元
本抽屉式功率单元结构的目的是提供一种满足变频器模块化设计要求，方便扩展应用的中高压变频器抽屉式功率单元。它是中高压变频器一体化集成整体结构的基本功率单元。
中高压变频器抽屉式功率单元，包括功率元件IGBT、整流桥、故障旁路模块、电阻、电容，其特征在于，该功率单元整体是抽屉式结构，功率元件IGBT、整流桥、故障旁路模块、电阻分别设置在热管散热器上，电路上IGBT、整流桥、故障旁路模块、电阻、电容分别通过复合母排相连接，抽屉式外壳上还分别设有输入接口和输出接口，输入接口、快熔、输入导线依次与整流桥相连接，IGBT还依次与输出导线和输出接口相连接。其输入接口和输出接口为带弹性的插头和插座，抽屉式功率单元可以方便的插入功率柜中，或从功率柜中抽出。功率单元中的散热器为铝型材散热器。
3一体化集成整体结构创新点
荣信中高压变频器四代与五代产品，以10 kV，900kVA为例，通过附表对比说明五代产品主要创新点：
（1）荣信中高压变频器第五代产品是一体化集成整体抽屉式结构，使整体结构大为缩小，便于运输和安装，更适合变频器改造项目的实施。一体化集成整体抽屉式结构的实现是中高压变频器一项重大原始性创新，也是一项重大结构创新。
（2）抽屉式集成结构是一种模块化设计，便于制造，安装和维修，更便于大批量生产。同时，简化了结构，节省了原材料和基础部件，因此，显著降低了产品成本和自身的损耗。结构简化的同时，又增加了可靠性。
（3）荣信中高压变频器第五代产品改四代的直接通风为串联通风，省掉大量通风机，同时设计有ModbusRUT和Profibus—DP现场总线，这是重大技术创新。
（4）荣信中高压变频器第五代产品，将传统的一字排列的多个柜体转化成一个柜体，使生产工艺大为简化，这又是一项工艺创新。
附表 荣信中高压变频器（10 kV，900kVA）四代与五代产品主要性能比较表
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序号
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性 能
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荣 信 四 代 变 频 器
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荣 信 五 代 变 频 器
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1
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形
体
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外 形
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一 字 形，多 柜 体
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单 柜 体 集 成 式
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体 积
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6.4mⅹ1.3 mⅹ2.85m =23.712m3
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2.68mⅹ1.4 mⅹ2.6m =9.464m3
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体比积=五代体积/四代体积
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39.9 ％，五代产品占地小，更适合现场改造
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2
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体
重
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重 量
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6500 k g
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4000 k g
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重量比=五代重量/四代重量
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61.5％
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3
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通
风
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风 量
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21000 m3 / h
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3000 m3 / h
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风量比=五代风量/四代风量
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14.3％
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风 机 数 量
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12台
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3台
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噪 声
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较 小
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很 小
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通 风 方 式
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上部或下部直接通风
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前吸后吹串联通风
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4
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旁 路 切 換 单 元
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另 配
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本 体 内 置
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5
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功率
单元
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安 装 方 式
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固 定 单 元
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抽 屉 式 插 抜 单 元
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接 线 方 式
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螺 栓 固 定
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弹 性 插 头 插 座
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安 装 维 修
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费 时
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快 速
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安 装 框 架
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钢 板
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S M C不饱和聚脂纤维可降解环保材料
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6
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显 示 屏
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单 色 屏
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彩 色 组 态 触 摸 屏
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7
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控 制 用 电 源
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双 路 热 备：变 压 器 和 用 户 同 时 提 供
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8
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电容器
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电 容 器 形 式
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400 V电解电容器
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1200V薄膜电容器
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寿命比=五代寿命/四代寿命
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2 倍
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9
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线
路
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导 线 连 接
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长， 绕 行
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短， 直 行
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电 力 线
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高压电缆345m
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1000V电缆36m
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控 制 线
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1600 m
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400m 从 厂 家 选 购
不 需 要 再 配 线
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运 输 状 态
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需拆开，现场安装时再连
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一体柜内，不拆开
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10
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散 热 器
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铝 型 材
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11
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包装费比=五代包装费/四代包装费
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80
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12
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运
输
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运费比=五代运输费/四代运输费
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80%
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吊 装
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吊 车
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叉 车 或 吊 车
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方 便 性
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较 方 便
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一体集成式很方便
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13
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可 靠 性
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很 可 靠
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非 常 可 靠
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14
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标 准 化 程 度
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高
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模块化，可批量预生产
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15
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通 讯 功 能
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无
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同时具有ModbusRUT和Profibus-DP现场总线
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16
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变 频 器 本 身 损 耗
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与传统比损耗低10%
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与传统比损耗低20%
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3结束语
本文介绍的一体化集成结构的中高压变频器是一种抽屉式集成模块化结构，已申请专利，专利号为：20110034291.2，2011200 33837.8，201120034075.3，其中后两项已授权。经过200多台的现场实际应用，验证了表1中列举的性能。
中高压变频器是当前重点推广使用[5]的节能型的电力电子设备，其结构的重大创新，可以促进中高压变频器技术水平的提高和产业的发展，提高市场竞争力。
作者简介
薛喜亮（1983-） 男 电气工程师，2004年7月至今任荣信电力电子股份有限公司调试工程师， 负责高压变频调试与售后服务工作。
参考文献
[1]龙浩，郭度厚，张其生，王兆卓，王春岩等.中高压变频器的一体化集成结构[J].变频器世界.2011（7）：76-77.
[2]韩旺，李豪，沈小燕等.从变频器结构上划分变频调速系统[J].企业技术开发，2011（V0 I．3 O No．9 ）：17-18.
[3]仲明振.高压变频器应用手册[M].北京：机械工业出版社，2009.
[4]全振兴.矿用隔爆交流变频器的结构分析及设计[D].西安：西安理工大学，2007.
[5]张选正.中高压变频器应用技术[M].北京：电子工业出版社，2007.
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