高压变频范文1
关键词：变频器 多重化 飞车启动 完美无谐波
0 引言
哈尔滨九洲电气股份有限公司成立于2000年，是以“高压、大功率”电力 电子 技术为核心技术，以“高效节能、新型能源”为产品 发展 方向，从事电力电子成套设备的研发、制造、销售和服务的高科技上市公司。
本文主要对powersmart系列高压变频器功能、出厂测试进行介绍。
1 power smarttm高压变频调速控制装置系统组成
power smarttm系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。切分移相干式变压器为变频器的输入设备，一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面（数码管和彩色触摸屏可选）、plc、嵌入式微机、开关电源、emi模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。
2 工作原理
power smarttm系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。采用多重化叠加的方式，使变频器输出电压的谐波含量很小，不会引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dv/dt也很小，不会给电机增加明显的应力，因此可以向普通标准型交流电动机供电，而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dv/dt都很小，不需要附加输出滤波器，输出电缆也长度无要求。由于谐波很小，附加的转矩脉动也很小，避免了由此引起的机械共振。变频器工作时的功率因数达0.96以上，完全满足了供电系统的要求。因此不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置，也不会与现有的补偿电容装置发生谐振，变频器工作时不会对同一电网上运行的电气设备发生干扰，因而被人们誉为“完美无谐波的高压变频器”。
3 技术特点
采用双dsp控制，可靠性高，杜绝了变频器死机问题；采用36脉冲整流（以6kv变频器为例）及空间矢量多重化pwm技术，每相由6个功率单元串联而成，并直接驱动电动机，无需输出升压变压器。输出电平数高，dv/dt很小，输出波形接近正弦波。采用专利技术的实时光纤传送技术，对功率单元进行控制。变频器输出转矩脉冲窄，控制精度高，避免了机械共振。完善的自我诊断和故障预警机制，上电自检，运行中实时监测，检测速度高。通过双dsp系统，实现纳秒级运算并进行综合判断，分析准确，减少变频器误报警。具有pwm控制波形与逆变输出波形实时验证功能，提高了输出波形的准确性，增强了系统无故障的运行能力。具有反转启动和飞车启动功能，无论电机处于正转还是反转状态，变频器均可实现大力矩直接启动。具备来电自启动功能，避免电网短时失电对生产造成影响。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时，系统均能故障定位并且及时告警或保护，对电网波动的适应能力强。支持中心点偏移式的旁路技术。当某一个功率单元失效时，能够立即对该单元实施旁路处理，而整个变频器的输出仍能维持94%以上的电压，这保证了系统的不间断运行。
4 出厂测试
powersmart系列高压变频器检验项目（全功率出厂测试）包括：①一般检验：包括外观、部件、元器件。②电气间隙与爬电距离检验。③安全与接地检验。④外壳防护检验。⑤保护功能检验。⑥显示功能检验。⑦效率检验。⑧功率因数检验。⑨输出电压检验。⑩频率分辨率检验。 过载试验。 连续运行试验。 启动特性控制实验。 温升试验。 谐波实验。 控制回路上电源切换实验。 不间断后备电源实验。 高压掉电短时跟踪再启动实验。 飞车启动试验。
九洲电气生产的每一台powersmart系列高压变频器，在出厂时都经过严格测试。九洲电气组建了高压大功率变频器实验室。具体包括：电气性能试验室，负责对产品的工频耐压、电气绝缘、三防、效率、功率因数、产品的动态特性等性能进行综合测试。电磁兼容实验室，负责对产品进行快速脉冲群、静电、浪涌、电压跌落等项目试验。单元模块老化实验室，负责对每一个功率单元、控制单元板进行高温带载72小时老化实验。中高压变流试验站，是与罗克韦尔共同建造的，负责对中高压等级的变频器、软启动器、兆瓦级风力发电变流器、svc产品进行智能化带负载性能测试。其所能测试等级为690v到10kv,最大测试功率可达到5000kw。它为高压变频器的技术 发展 提供了一个全方位的试验平台。
高压变频范文2
1、高压变频器工作原理：高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：n=（1一s）60f/p=n。×（1一s）（P：电机极对数；f：电机运行频率;s:滑差）从式中看出，电机的同步转速n。
2、正比于电机的运行频率（n。=60fp），由于滑差s一般情况下比较小（0-0．05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n。所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
（来源：文章屋网 ）
高压变频范文3
【关键词】高压绿色变频器；变频调速；节能高效
前言
近年来，节能环保问题已经成为各行各业关注的重大问题，绿色经济、节能经济悄然升起，20世纪末，国内一些公司纷纷展开了高压变频器技术的研究与应用工作，并取得了喜人的业绩，如：具有优良性价比的交-直-交电压源型高压变频器在发电厂和热电厂里被大量使用。在大型机械机电行业，出现了高压绿色变频器，并且应用的越来越多，在实际应用过程中也给企业带来了很大的经济效益，给环境带来了更小的压力。变频调速是目前世界公认的最理想的节电调速技术，更重要的是，高压绿色变频器能够减少对弱电系统的干扰，保证电网长时间的正常运行。
1、高压绿色变频器的工作原理
高压绿色变频器是一种高效节能变频器，即人们通常所认为的多重化变频器、单元串联多电平PWM电压源型变频器。高压绿色变频器是由本身具有低压PWM变频功率特点的多个单元串联而成，以达到多重化输入电压的目的。下面以美国某公司生产的绿色变频器为例简要阐述其原理，绿色变频器采取6kv的拓扑结构，三相高压电分为15个独立的功率单元，分别由输入隔离变压器的15个二次绕组供电。15个二次绕组分成5组，每组之间存在12°相位差。功率单元为一三相输入、单相输出的PWM型变频器，由二极管组成三相桥式整流电路，整流后由4只低压IGBT逆变成单相交流输出。
2、高压绿色变频器的优点
高压绿色变频器在应用过程中，比普通高压变频器显示出了很多优势，如：具有节能作用、性能稳定、实现无级调速等。此外，还有以下优点。
2.1高压绿色变频器具有功率因数高、谐波污染小的优点
高压绿色变频器由于是在叠加相互串联多个低压变频功率的过程中，实现了电压输入的多重化，因此，对电网产生的谐波污染非常小。当输入脉冲为30时，其实29次以下的谐波在理论上是都可以被抵消掉的，电压总畸变率仅为1.2%，而电流的总畸变率更小，不需要功率因数补偿。如表1为多重化变频器与电流型变频器谐波比较。
2.2高压绿色变频器的效率高、损耗小
高压绿色变频器谐波分量相对非常小，功率因数补偿可以看作为零，谐波引起的损耗很小，根据统计，高压绿色变频器与CSI-PWM变频器效率相比较，如表2。IGBT驱动功率很小，峰值功率为5W左右，平均功率不到1W，变频部分效率高达98%以上，整个变频系统的效率高达96%以上。
2.3高压绿色变频器易于维修维护
高压绿色变频器技术在使用过程中日益成熟，它具有简单的驱动电路，模块化之间可以互换，使用常规低压IGBT的每个功率单元经过I/O端可以与子系统相互联系，维修维护十分简便，滤波电容可以承受电源电压下降-30%和电源丧失5个周期，性能十分稳定，当整机发生故障时，可在毫秒级的时间内，由变频状态转入工频状态，不会因变频器故障造成电机停机，设备自身有自检功能，便于维修操作。如我国先行HAF高压变频器，设计有热备份、热插拔和主回路直合功能。当某个模块出现故障时，能自动将故障单元切换旁路，使热备份投入。
3、高压绿色变频器的具体应用
目前，高压绿色变频器已广泛应用于钢铁、冶金生产、石油化工等行业，为锅炉鼓风机、压缩机、油泵等设备提供了稳定的高可靠性的变频调速解决方案，而且现场运行节能效果非常显著，下面介绍一个简单的应用实例。
河北钢铁邯钢某厂于20110年配备了两台心式吸风机，额定风量38万m3/h，全压为3973Pa，配用JSQ-156-6型电动机，额定功率700kw，额定电压6kv。2012年引进了美国罗宾康公司生产的两台750kw高压绿色变频器后，效果非常明显，与以往的入口导流器调节比较，性能更加稳固，仪器使用稳定性更好，节能效果显著，每月节约用电28kw・h，为公司可节约上百万成本投入。目前，河北钢铁邯钢某厂应用最多的是10kv、400kw HVF高压绿色变频器。应用以后，启动电流以由100A下降到12A，运行频率35-40Hz，平均节电40%。
结束语
高压绿色变频器在我国的应用虽然处于起步阶段，但是由于它比普通变频器具有众多的优点，发展相当迅速。相信在不久的将来，随着经济的增长和技术的发展，用户对产品的要求也越来越高，其技术也将在应用中不断创新进步，高压绿色变频器将在各行各业应用的越来越多。
参考文献
[1]徐甫荣.关于变频器的输出切换问题探讨―兼论水泵群软起停控制方案[J].电气传动自动化，2002年04期.
高压变频范文4
关键字：高压变频器；逆变器；共模电压；整流器
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的发展，电气传动技术正经历着比较大的革新。工业生产领域大量使用的高压感应异步电动机，已经可以进行直接的电子控制，即由原来的改变其它机械环节的控制方法到直接改变供给的交流电源的频率和幅值的变压变频控制方法，进行速度调节和位移控制，从而可以提高生产工艺，降低能源消耗。由于高压感应电动机的耗能比例较大，因而针对它的交流变频调速技术，虽然高压变频器不像低压变频器那样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的耐电等级和在高电压下使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路结构，以适应各种拖动设备的要求，但实际使用中节能效益显著。特别是在当今面临能源危机的条件下，节能降耗不仅有近期的直接经济效益，更有长远的社会效益。
高压变频器按照改变频率的过程有无中间直流环节分类：无直流环节称为交-交变频器；有直流环节称为交-直-交变频器。交-直-交变频器根据输出端有无升压变压器又分为高--高变频器和高--低--高变频器。同时，交-直-交变频器根据直流环节能量交换方式又分为电压型（直流环节采用大电容以抑制电压波动）和电流型（直流环节采用大电感以平抑电流脉动）变频器。
高--高（二电平）电压型变频器是采用GTO、IGBT、IGCT 或 SCR元件串联实现直接的高压变频的一类变频器，该类变频器输出电压可达10KV。高--高（二电平）电压型变频器结构简单，二电平逆变器技术成熟，效率高达98%；动态性能好，过载能力强，可实现四象限运行；体积小、重量轻、成本低。但高--高（二电平）电压型变频器其缺点也很明显：该类变频器无输入变压器，6脉冲整流网侧谐波大，需采用进线电抗器；二电平逆变dV/dt大，输出谐波大，需采用优化的PWM技术及输出滤波器加以解决；该类型变频器还会产生较大的共模电压，共模电压会施加到电动机定子绕组中性点与地之间，对电动机的绝缘不利，变频器与电动机之间电缆不宜过长。高--高（二电平）电压型变频器适用于轧机、起重机械、电力机车牵引、船舶主传动、风机、水泵和压缩机等。
三电平变频器的功率单元由独立的整流器、无功功率交换单元、功率逆变器三部分构成。功率单元输出全部的电流，承受全部的电压和输出功。三电平变频器效率高、输出频率高、动态性能好、过载能力强、转矩脉动小、电机噪声小；网侧可实现12、18或24脉冲整流，以减少网侧谐波；直流进线可配制动电阻，能实现与基波一致的功率因数。但此类型变频器的整流器由不可控二极管构成，只能实现单象限运行，要想四象限运行需采取额外的措施：如果采用GTO或IGCT器件则需要复杂的缓冲电路，直流环节需扼流围并需要输出滤波器；但是GTO或IGCT需要复杂的门极触发电路，该电路会产生较大的共模电压而需要专用电机，普通电机要降额使用，同样输出电缆长度受限制。风机水泵、传送带驱动、矿石粉碎机、轧机、挤压机、窑传动等可采用三电平变频器控制。
电流型变频器采用GTO元件串联的办法实现直接的高压变频，该类变频器输出电压可达10KV。由于采用了合适的PWM脉冲形式使得电流型变频器可得到很低的转矩脉动，并且输出频率高，最高可达220Hz；使用该类型变频器可使电动机在四象限运行、损耗减小、动态性能提高；其无熔断器设计使得变频器可靠性提高；相对前两类变频器，此类变频器对电机绝缘无损害，电缆长度无限制。 在使用电流型变频器时应注意如下使用条件：不宜弱磁运行，功率因数与速度有关，网侧晶闸管整流导致输入电流谐波大；对电网电压的波动较为敏感，当电压下降15%时会保护停机；还有对电动机的负载特性敏感，现场调试麻烦。水泵（锅炉给水泵）、风机、压缩机等应用此类变频器的比较多。
最后介绍一种采用功率单元串联而成的单元串联变频器。由于采用技术成熟、价格低廉的低压IGBT组成逆变器，通过串联电源的个数适应不同的输出电压要求使得该类变频器具有完美的输入输出波形，能适应任何场合。由于功率单元具有相同的结构及参数，便与将功率单元模块化，实现冗余设计，在个别单元故障时可以通过单元旁路功能将该单元短路，系统能正常降额运行。大功率该类变频器使用的功率单元太多，装置的体积大，需要的安装空间大；并且该类变频器无法实现能量回馈、四象限运行和制动。
高压变频的发展趋势 ，在高压变频领域，目前以单元串联多电平方式和三电平方式发展最为迅速，其最新技术以及今后发展方向主要有：
1、全数字式系统，由微处理器控制每个开关管的导通和截止以输出正弦调制波，因此输出频率和电压相当准确、稳定。
2、运行控制接口丰富，既有就地控制，又有远端控制；既有通讯接口，又有模拟量数字量接口，用户可选择的余地相当大。
3、光纤通讯和信号传输技术，既可以解决高电压隔离问题，又可以提高通讯速度、增强抗干扰能力。
4、采用最新的导通压降低和开关损耗小的器件，提高系统效率，改善通风冷却设计，例如ABB公司的6500V等级IGCT器件导通压降在4V以下、其开关损耗也较低，最新的TRENCH工艺或SPT工艺IGBT的1700V器件器导通压降在2.4V以下，其开关损耗比以前的器件更低。
5、随着电力电子器件的发展，在技术和市场成熟情况下，采用高压器件，使高压变频装置结构和电路趋于简单，提高可靠性。
6、改善输入和输出谐波，这与采用高压器件有一定的矛盾，但可以考虑采用有源谐波补偿技术。
7、电力电子器件保护技术，最好是在任何外部工况下，包括短路、过压、过流、过载等，变频装置不损坏。
8、自诊断和故障定位技术，有利于维护和故障快速处理。
9、提高制动性能。
10、提高动态响应性能，引入矢量控制、直接转矩控制等现代控制方法。
11、对于单元串联多电平来说，最新发展技术还有单元冗余，单元切除后继续运行的情况，以及带电更换单元技术。
高压变频范文5
1现有提升机系统
山东省七五生建煤矿4号井提升机采用缠绕式双滚筒交流电动机驱动运行，电控系统采用电机转子串电阻分段有级调速方式，提升机的运行过程分为起动、加速、等速、减速、低速、制动停车等几个阶段。其基本原理是：电动机的转差率与绕线式异步电动机转子串入附加电阻值正相关，当电动机处于较低的转速时，电动机的转速与串入的电阻呈现负相关。传统的串电阻调速方式耗电高、噪音大、故障率高、无法实现恒转矩提升，这种调速方法被更先进的技术—变频调速技术取代是必然的。
2能量回馈型高压变频系统
2.1能量回馈技术
能量回馈技术是一种节省能源的技术，与电能做功过程相反，它的作用原理是通过将生产机械中储存的动能或者势能转化为电能传输到电网，即通过有源逆变装置将再生能量回馈到交流电网。能量回馈是电能的一种转化形式，逆变器能量回馈技术是一种电流转化技术，它能将直流电源转换成交流电源，与交流电网相衔接。
2.2高压变频调速系统
2.2.1高压变频调速技术随着高压变频调速技术的高速发展，提升机的调速和节能改造因此拥有了更多的便利条件。通过调节变频器输出电压的幅值、频率和相位，控制电机运行在期望的转速上，实现了变频调速。0~50Hz全范围恒转矩无级调速是通过变频调速实现的，工频电网50Hz的电压通过变频器内的电力电子器件可以转换成其他频率的电压。2.2.2变频器的工作原理将对称的三相交流电通入异步电机定子对称的三相绕组中，在电机气隙内会产生一个旋转磁场，其旋转速度为同步转速为由式（2）得，变频器的原理就是电动机转速会随着电机输入电源频率的变化而改变，因此这个方式的调速范围很广。并且变频器的调节精度一般为0.01Hz，这样可以非常好地满足提升机的恒加速和恒减速状态下无级调速的要求。可以使电机运行更加平稳，大大降低机械冲击，实现了低频低压的软启动和软停止。变频调速和转子串电阻调速方式有很大的不同，在变频调速时，转差率保持不变，转差功率消耗无论其转速高低基本不变，因此调速效率保持较高水平。2.2.3高压变频调速系统组成高压变频系统本体由激磁涌流抑制柜、变压器柜、功率柜、控制柜和人机操作页面组成。高压变频调速系统的示意图见图1。真空接触器和限流电阻安装在激磁涌流抑制柜内，在变频器高压上电时，限制充电电流和激磁涌流不超过其额定电流；变压器内安装的整流变压器，可以将网侧高压转换为副边的多组低压，以此为功率柜中共15块的功率单元（低压交直交变流器）供电，变压器副边绕组的每个功率单元主回路都相对独立，变频器的高电压输出由各功率单元输出串联构成。输入移相变压器的作用有以下几点：（1）将输入的高压工频电变换成为多组低压工频电；（2）使低压工频电彼此间相互绝缘、电位独立，将低压工频电分别送到各个变频单元中；（3）输入的各组低压交流电经整流滤波变换成直流电然后再逆变成单相交流电。输入变压器的一组副边为功率柜中每个功率单元供电，对功率单元之间及变压器二次绕组之间进行绝缘处理。为了实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的，二次绕组采用延边三角形接法。整个高压变频调速系统的核心是控制柜，基于先进的控制理念变频调速系统的所有功能都可以实现，电机可以通过控制器精心设计的算法达到最优的运行性能。
3实例分析
3.1改造情况
七五生建煤矿现有的提升电机参数如表1。改造方案如图2。改造方案保留了原有的串电阻调速方式，将高压变频器通过切换开关融入原系统，在变频器投入运行时，通过闭合QS3、QS4，将绕线式异步电动机转子通过转子切换柜短接。变频器投入矿井提升机系统的作用机理如下：在变频器接受主控台正、反转以及调速指令后，即驱动双电机按照指令同步调速正反转运行；在原有的串联电阻调速系统进行启动后，闭合QS5、QS6，通过转子切换柜将绕线式异步电动机转子回路中串入原有电阻，变向及调速的目的是通过切换柜的变向及串入转子电阻的逐级切换达到的。相互之间保持机械互锁的隔离开关有上图中的QS3、QS4、QS5、QS6等，且主控台操作系统可以操控开关的全部状态，在这种模式下，高压变频调速系统和原系统成了可以相互切换并且互为备用的关系，矿井提升机在运行中的风险大大降低。
3.2改造效益分析
在2013年4月4日开始对提升机自动化高压变频进行改造，并于4月7日正式投运。在接下来的六个月中，运行状态良好，没有故障出现。通过变频改造，实现了平稳控制提升机加减速的过程，减小了运行过程稳绳摆幅，降低了电动机启动电流与启动时的振动；降低了在转子串电阻上产生的能耗浪费，电机电刷的故障率大大降低。副井主提升绞车高压变频设备比原电机转子串电阻启动的设备，每提升一钩能节约电能约5.4kWh，每月副井平均提升4000~5000钩左右，使用能量回馈型矢量控制高压变频器电控系统，平均每年为我矿节约电能约32万kWh左右，节约资金约21.82万元。
4结论
高压变频范文6
山东风光电子有限公司是在多年研制中低压变频器的基础上，综合了国内外高压大功率变频器的多种方案的优缺点，采用最优方案研制成功的，并于2002年12月通过了省级科技成果及产品鉴定，成为国内生产高压大功率变频器的为数较少的几个企业之一。
2国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点
目前，国内生产的高压大功率变频器中，以2种方案占主流:一种是功率单元串联形成高压的多重化技术;另一种是采用高压模块的三电平结构。而其他的采用高-低-高方案的，由于输出升压变压器技术难度高，成本高，占地面积大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高压大功率变频器的主要发展方向。
而高-高方案又分为多重化技术(简称CSML)和三电平(简称NPC)方案，目前有的厂家生产的高压大功率变频器是采用的三电平方案，而大多数厂家则是采用低压模块、多单元串联的多重化技术。这2种方案比较，各有优缺点，主要表现在:
(1)器件
采用CSML方式，器件数量较多，但都是低压器件，不但价格低，而且易购置，更换方便。低压器件的技术也较成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且购置困难，维修不方便。
(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)
均压是影响高压变频器的重要因素。采用NPC方式，当输出电压较高时(如6kV)，单用单个器件不能满足耐压要求，必须采用器件直接串联，这必然带来均压问题，失去三电平结构在均压方面的优势，系统的可靠性也将受到影响。而采用CSML方案则不存在均压问题。唯一存在的是当变频器处于快速制动时，电动机处于发电制动状态，导致单元内直流母线电压上升，各单元的直流母线电压上升程度可能存在差异，通过检测功率单元直流母线电压，当任何单元的直流母线电压超过某一阈值时，自动延长减速时间，以防止直流母线电压上升，即所谓的过压失速防止功能。这种技术在低压变频器中被广泛采用，非常成功。
(3)对电网的谐波污染和功率因数
由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势
(4)输出波形
NPC方式输出相电压是三电平，线电压是五电平。而CSML方式输出相电压为11电平，线电压为21电平(对五单元串联而言)，而且后者的等效开关频率大大高于前者，所以后者在输出波形的质量方面也高于前者。
(5)dv/dt
NPC方式的输出电压跳变台阶为高压直流母线电压的一半，对于6kV输出变频器而言，为4kV左右。CSML方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压，不会超过1kV，所以前者比后者的差距也是很明显的。
(6)系统效率
就变压器与逆变电路而言，NPC方式与CSML方式效率非常接近。但由于输出波形质量差异，若采用普通电机，前者必须设置输出滤波器，后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率的0.5%左右。
(7)四象限运行
NPC方式当输入采用对称的PWM整流电路时，可以实现四象限运行，可用于轧机、卷扬机等设备;而CSML方式则无法实现四象限运行。只能用于风机、水泵类负载。
(8)冗余设计
NPC方式的冗余设计很难实现，而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。
(9)可维护性
除了可靠性之外，可维护性也是衡量高压大功率变频器的优劣的一个重要因素，CSML方式采用模块化设计，更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子，以及1个光纤插头，就可以抽出整个单元，十分方便。而NPC方式就不那么方便了。
总之，三电平电压形变频器结构简单，且可作成四象限运行的变频器，应用范围宽。如电压等级较高时，采用器件直接串联，带来均压问题，且存在输出谐波和dv/dt等问题，一般要设置输出滤波器，在电网对谐波失真要求较高时，还要设置输入滤波器。而多重化PWM电压型变频器不存在均压问题，且在输入谐波及dv/dt等方面有明显优势。对于普通的风机、水泵类一般不要求四象限运行的场合，CSML变频器有较广阔的应用前景。这类变频器又被国内外设计者称之为完美无谐波变频器。
我公司的设计人员经过多方探讨，综合各种方案的优缺点，最后选定了完美无谐波变频器的CSML方案作为我们的最佳选择，这就是我们向市场推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高压大功率变频器。
3变频器的性能特点
(1)变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。
(2)输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。
(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。
(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。
(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。
(6)主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。
(7)完整的故障监测和报警保护功能。
(8)可选择现场控制、远程控制。
(9)内置PID调节器，可开环或闭环运行。
(10)可根据需要打印输出运行报表。
4工作原理
4.1基本原理
本变频器为交-直-交型单元串联多电平电压源变频调速器，原理框图如图1所示。单元数的多少视电压高低而定，本处以每相为8单元，共24单元为例。每个功率单元承受全部的电机电流、1/8的相电压、1/24的输出功率。24个单元在变压器上都有自立独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。24个二次绕组分成三相位组，互差为20°,以B相为基准，A相8个单元对应的8个二次绕组超前B相20°，C相8个单元对应的8个二次绕组落后B相20°，形成18脉冲整流电路结构。整机原理图如图2所示。
4.2功率单元电路
所有单元都有6支二极管实现三相全波整流，有4个IGBT管构成单相逆变电路。功率单元的主电路如图3所示，4个IGBT管分别用T1、T2、T3、T4表示，它们的门极电压分别是UG1、UG2、UG3、UG4、
每个功率单元的输出都是一样的PWM波。功率单元输出波形如图4所示。逆变器采用多电平移相PWM技术。同一相的功率单元输出完全相同的基准电压(同幅度、同频率、同相位)。多个单元迭加后的输出波形如图5所示。
4.3系统结构与控制
(1)系统结构
整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。
a)隔离变压器
原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头
b)变频柜
A、B、C三相分装在3个柜内，可分别称为A柜、B柜、C柜
c)控制柜
柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。
4.4系统控制
整机控制系统有16位单片机担任主控，24个功率单元都有一个自己的辅助CPU，由8位单片机担任，此外还有一个CPU，也是8位单片机，负责管理键盘和显示屏。
(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。
(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。
(3)系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。
5现场应用
本公司分别于2002年8月、10月和2003年3月、4月分别在山东莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂、辽河油田锦州采油厂、浙江永盛化纤有限公司应用了本公司生产的高压大功率变频器JD-BP37-630F2台、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1台。从运行情况看:
(1)变频器结构紧凑，安装简单
由于变频器所有部分都装在柜里，不需要另外的电抗器、滤波器、补偿电容、启动设备等一系列其他装置，所以体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试方便。
(2)电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。
由变频器拖动的电机均为三相普通的异步电动机，在整个运行范围内，电机始终运行平稳，温升正常。风机启动时的噪音及启动电流很小，无任何异常震动和噪音。在调速范围内，轴瓦的最高温升均在允许的范围内。
(3)变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。
经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。
(4)变频器运行情况稳定，性能良好。
该设备投运以来，变频器运行一直十分稳定。设备运行过程中，我公司技术人员对变频器输入变压器的温升，功率单元温升定期巡检，完全正常。输出电压及电流波形正弦度很好，谐波含量极少，效率均高于97%，优于同类进口设备。
(5)运行工况改善，工人劳动强度降低。
变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。
(6)变频器操作简单，易于掌握及维护。
变频器的起停，改变运行频率等操作简便，操作人员经过半个小时培训就可以全面掌握。另外，变频器各种功能齐全，十分完善，提高了设备可靠性，而且节电效果明显。以山东莱钢股份有限公司应用的JD-BP37-630F变频器为例，该系统生产周期大约为1h，出铁时间为20min，间隔约40min，系统配置电机的额定电流为80A，根据运行情况，及其它生产线的实际运行情况，预计该电机运行电流应在60A，以变频器上限运行频率45HZ时，电流为45A，间隔时间运行频率20HZ时，电流为20A。根据公式测算节能效果达到42.7%。
6结束语
从这几台这几个月的运行情况看，我公司自行研制生产的高压大功率变频器，运行稳定可靠，节能效果显著，改善了工作人员的工作环境，降低了值班人员的劳动强度。变频器对电机保护功能齐全，减少了维修费用，延长了电机及风机的使用寿命，给用户带来了显著的经济效益，深得用户好评。据专家估计我们国家6kV以上的高压大功率电机约有3万多台，约合650万kW，因此，高压大功率变频器的市场是极其广阔的。
