高压变频器范文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。
高压变频器范文2
关键词：高压 变频器 过电压故障 危害 原因 解决
正常情况下，直流母线电压为三相交流输入线电压的峰值。以AC700V输入电压等级的功率单元为例计算，直流母线电压1.414x700=989V。在过电压发生时，直流母线的储能电容电压将上升，当电压上升至一定的值时〔通常为正常值的10%？20%），高压变频器过电压保护动作。因此，对于变频器来说，有一个正常的工作电压范围，当电压超过这个范围时很可能损坏功率单元。
1．过电压故障的危害
高压变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压的主要危害表现在以下几方面。
1．1对功率单元直流回路电解电容器的寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而高压变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在一定范围内，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。
1．2对功率器件如整流桥、IGBT、 SCR的寿命有直接影响，直流母线电压过高，功率器件的安全裕量减少。例如对AC700V输入电压等级的功率单元来说，其功率器件的额定耐压一般选定在DV1700V左右，考虑器件处在开关状态时dv∕dt比较大，因此在直流母线电压过高时再叠加功率器件开关过程中产生的过电压，很有可能超过器件的额定耐压而造成器件击穿损坏。
1．3对功率单元的控制板造成损坏。一般功率单元中控制板上的。DC∕DC变换器需从直流母线取电，DC∕DC变换器的输入电压也有一定的范围，直流母线电压过高， 则变换器中开关管如MOSFET也会击穿。
2．引起过电压故障的原因
一般能引起中间直流回路真正过电压的原因主要来自以下两个方面。
2．1来自电源输入侧的过电压
正常情况下电网电压的波动在额定电压的–10%？+10%以内，但是，在特殊情况下，电源电压正向波动可能过大。由于直流母线电压随着电源电压上升，所以当电压上升到保护值时，变频器会因过电压保护而跳闸。
2．2来自负载侧的过电压
由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电动机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态时，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过各个功率单元逆变桥中的四个IGBT中的续流二极管回馈到功率单元的直流母线回路中。此时的逆变桥处于整流状态，如果功率单元中没有采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电解电容器的电压上升，达到保护值即会报出过电压故障而跳闸。
3．避免过电压故障的方法
根据以上针对高压变频器过电压带来的危害及几种可能的产生原因的分析，可以从以下四个方面来尽最大可能避免过电压故障的产生：一是避免电网过电压进入到变频器输入侧；二是避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内；三是提高过电压检测回路的抗干扰性；四是中间直流回路多余能量应及时处理。下面介绍主要的处理方式。
3．1在电源榆入侧增加吸收装置，减少变频器榆入側过电压因素
对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。
3．2从变频器已设定的参数中寻找解决办法
在变频器中可设定的参数主要有两个：减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能逐渐释放；该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过电压情况下可减至的频率值，暂缓后再设定下一阶段变压器不过电压情况下可减至的频率值，即采用分段减速方式。
3．3采用在中间直流回路上增加适当电容的方法
中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器#解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法，是以增大变频器容量的方法来换取过电压保护能力的提高。
3．4在条件允许的情况下适当降低功率单元输入电压
目前变频器功率单元整流侧采用的是不可控整流桥，电源电压高，中间直流回〖路电压也高，有些用户处电网电压长期处于最大正向波动值附近。电网电压越高则变频器中间直流回路电压也越高，对变频器承受过电压能力影响很大。可以在高压变频器内配置的移相整流变压器高压侧预留﹢5%、 0分接头，一般出厂时移相变压器输入侧都默认接在0分接头处。在电压偏高时，可以将输入侧改接在﹢5%分接头上，这样可适当降低功率单元输入侧的电压，达到相对提高变频器过电压保护能力的目的。
3．5增强过电压检测电路的可靠性和抗干扰性
前面提到过电压检测电路分为高压采样部分和低压隔离比较部分，因此提高整个电路的可靠性和抗干扰性要从以下两方面入手。
3．5．1中间直流母线到电路板上的两根连接导线要采用双绞线，并且线长应尽量短，电路板检测回路的入口处要增加滤波电容；降压电阻应选用功率裕性好、温漂小的电阻。
3．5．2低压部分要采用工业等级的基准源，采用高共模抑制比的光耦参数以提高光耦一、二次侧的抗干扰能力。
3．6在输入側增加逆变电路的方法
处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加可控整流电路，可以将多余的能量回馈给电网。但可控整流桥价格昂贵，技术复杂，不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用，只有在较高级的场合才使用。
3．7采用增加泄放电阻的方法
高压变频器范文3
关键词：高压变频器 控制 市场应用 输入变压器
中图分类号：N73T7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0131-01
我们平时所说的高压变频器，输入的电源电压一般都在3000 V以上，属于大功率变频器。就目前的国内市场来看，电压等级从3000～10000 V不等，种类也有高-低-高、低-高和高-高之分。对于传统的高压变频器，主要包含可控硅整流、硅逆变等结构，存在许多不足之处，其产生的谐波将影响到电网和电机的正常使用。近些年来，电力电子技术及计算机控制技术发展迅速，涌现出了一些新型的器件，改善了原有系统的不足之处，如目前常用的IGBT、IGCT等新型原件。这些新型原件所构成的先进高频变压器性能得到了明显的提升，可以实现PWM逆变和PWM整流，而且产生的谐波较小，可以有效的提高功率因数。
1 高压变频器的分类
随着高压变频技术的不断发展，市场上出现了种类繁多的高压变频器，其分类方法也不尽相同。如果只关注变频器的中间环节是否产生直流电，高频变压器可以分为交变变频器和交直交变频器；如果侧重于所产生直流电的性质，就可将高频变压器分为电流型和电压型变频器；如果按照过程中是否产生低压回路，可将高压变频器分为高高变频器和高低高变频器；如果仅仅依据变频器的输出电平数，可分为两电平、三电平及多电平变频器；通用变频器和高压变频器是按照高压变频器的等级和用途进行分类得到的，二极管嵌位型和电容嵌位型的分类原则是变频器的嵌位方式。
1.1 高低高变频器
高低高变频器的主要原理是利用降压变压器结构，将电网中原有的高压转变为低压，低至低压变频器的额定或是允许的输入电压范围。通过高低高变频器的转换，形成了交流电，并且交流电的频率和振幅都可以随着设定的不同而改变，然后交流电再经过升压变压器的转换，转化为机器需要的特定电压数。高低高变频器的工作方式，过程中采用了标准的低压变压器进行降压，然后通过升压变压器进行升压，其优点就是可以通过对变压器的参数设定，任意匹配不同登记的电网和电动机，当数量较小时，其成本比直接高压变频的方法低。高低高变频器的一个主要缺点，就是升压和降压的变压器体积较大，十分笨重，并且容易影响频率的变化范围。高低高变频器通常被划分了电流型变频器和电压型变频器两种类型。
1.2 交-交变频器
交-交变频器工作过程中不会出现直流环节，可以利用晶闸管直接实现交流到交流的变频。如果变频器的工作条件在3000 V以下，每个相需要12只晶闸管，这样三个相相加就是36只；如果工作电压大于3000 V，就必须将晶闸管串联起来，数量也就要加倍。交-交变频器的电路结构主要分为两类：一种采用的是公共交流母线的进线方式；另一种是输出星形的连接方式。交-交变频器所具有的优点是：过程中没有直流，只有一次变流，效率较高；由于其输出特点，可以较为简单的实现四个象限同时工作；其输出的低频率波与正弦波非常接近，利用率高。交-交变频器也存在一些不足之处：首先就是电路结构复杂，不利于接线，输出的频率相对其他高压变频器较低，相应的输出功率因数就低；另外在谐波方面，输出电流中谐波含量大，形成的频率谱较为复杂。就目前我国的应用情况来看，交—交变频器主要应用于50万或是100万瓦以上的大功率低转速的交流调速电路之中。
2 高压变频器的控制方法与策略
通过对我国高压变频器市场的调查发现，其控制方法主要有以下几种。
电动机稳态模型。通过多种PWM调制技术的应用，改变电机的工作频率，同时控制电动机的电压或电势。在V/f协调控制之下，可以将磁通量近似的稳定在一个常态，方法简单可行，通过这种方式可以控制电动机的开环速度。由于低速状态下，异步电动机定子电阻压降所占比重增加较大，不能再忽略不计，所以现在应用中存在的主要问题是低速性能较差。还有，由于V/f协调控制是在稳态的基础上得出的，因而在动态情况下性能就会相应的下降。
当保持磁通量在一个稳定的状态下时，通过异步电动机稳态的等效电路和转矩的公式进行推导，可以对转差频率进行控制。这样得到的推到结果只是用于转速变化较慢的情况，因而在转速变化快的情况下转矩的控制性能差。
电动机动态模型。矢量控制技术的基础条件是坐标变换后的电动机动态模型，通过坐标变换，使得交流电机在理论上能像直流电机一样分别对励磁分量与转矩分量进行独立控制，使得电动机的动态性能如直流电动机一样良好。这种转换的不足之处在于，矢量控制需要确定转子的具置，为了保证电动机的工作状态，还需要控制磁链的幅值。这些参数都与电动机有直接的关系，并且在机器实际工作情况下，这些参数并不是固定值，会随着周围温度和励磁条件而不断的变化。这些都会严重影响控制系统的动态性能，甚至会直接导致系统失稳。这一问题是国内外专家研究的重点问题之一。
动态模型还可以采用直接转矩，对异步电动机和磁链分别进行控制。不像矢量控制系统那样亿转子磁链为基础，直接转矩控制的对象是定子磁链。这种控制方式省去了坐标变换的步骤，也不会受到转子参数变化的干扰，整个结构简单可靠，动态、静态性能都比较良好。
3 结语
高压变频器以及一些与其相关的产品是电力电子行业中一个尚未得到良好解决的难题，近些年来也受到了全世界业内人事的广泛关注。高压变频器不仅涉及大功率交流电动机的各类负载的调速和节能，还涉及到一些其他事关国计民生的重点领域。因此，我们应该加速对高压变频器电路和控制技术的探索，开发出具有自主知识产权的、性能优异的高压变频器，不断发展我国的高压变频器技术。
参考文献
[1] 张皓，续明进，杨梅.高压大功率交流变频调速技术[M].北京：机械工业出版社，2006.7.
[2] 王兆安，黄俊电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2004.
高压变频器范文4
能源问题一直困扰着发展中国家，对于我国来说尤其如此，我国是个能源消耗大国，对能源的需求十分巨大，同时，在对能源使用过程中的浪费情况也十分严重，不过这也表明我国在节能方面同样有着巨大的潜力。高压变频器普遍的运用于各种发动机，传统的高压变频器存在许多问题，而级联型高压变频器比起传统的高压变频器，在保证同样功率输出情况下，节省了平均30%的能源消耗，所以级联型高压变频器能够极大的节省能源消耗。本文介绍了级联型高压变频器的工作原理，并探析了级联型高压变频器的控制算法。
【关键词】级联型 高压变频器 控制算法
级联型高压变频器，又被称作完美的无谐波变频器，级联式高压变频器比起以往的高压大功率变频器，在使用效果上有了质的飞跃。高压变频器通常因为容量足够大，所以应用的范围十分广，这就导致对电网的谐波污染十分严重，而级联式高压变频器实现高压输出的方式，是通过串联多个低功率变频单元，然后对其进行叠加，从而实现高压输出。这就让二次绕组进行供电的各低功率变频单元相互之间因为存在了一个相位差，从而让级联式高压变频器在输入电压时，达到多重化的效果，这种整流电路输入的多重化效果，就能够使普通高压变频器对电网产生的谐波污染问题得到有效解决。
1 级联型变频器工作原理
级联式高压变频器在对低功率变频单元进行供电前，需要移相变压器降低对电网的电压供应，然后把电压供给低功率变频单元，在对低功率变频单元进行供电时，需要对位于变压器里的二次绕组进行输入隔离，而二次绕组彼此之间是不导电的。
级联式高压变频器实现高压输出的方式，是通过串联多个低功率变频单元，然后对其进行叠加，从而实现高压输出，这就避免了大量的器件进行串联，从而间接的解决了均压问题。
而且级联式高压变频器实现高压输出的方式让其在对电压进行输入时，能够根据需求进行多种功率输入，这种对电压进行多种输入的方式，使得电网谐波污染问题得到了有效的解决。
2 载波移相控制算法
普通的高压变频器，当对电压的输出波动剧烈，即输出时大时小时，电动机里的接线端子就会受到较为剧烈的影响，电动机里的二次绕组同样如此，会使其上升沿或者下降沿趋势较陡，从而导致过电压、漏电流、电磁干扰、轴承电流等问题的出现。并且，如果输出电压的波动过大，还会使得PWM波形电压这种和输出电压保持同步输出的电压产生一种共模现象。这种共模现象产生的电压，会受到寄生电容的影响，从而产生一种轴电压，而这种轴电压会对加速电动机绝缘效果的丧失。
而级联型变频器却可以有效的对这些影响进行消除，级联型变频器是通过多载波移相式控制算法运行的，在级联型变频器的每一相内，每一路三角载波，都会对应一级功率单元，相内的正弦调制波因为存在一些相位的区别，所以多载波算法根据相位的不同，又可以分为同相位调制算法和异相位调制算法。
同相位调制算法中的的等效载波频率比异相位调制算法的更高，这是其最大的特色，而且同相位调制算法中每个低功率变频单元对供电电压的利用率更高，比异相位调制算法的利用率高了15%。比起异相位调制算法，同相位调制算法的谐波含量较低，造成的电网谐波污染更小。不过同相位调制算法无法对共模电压进行完全的消除，但是和传统的变频器相比，同相位调制算法产生的共模电压强度很低，对电动机的绝缘效果破坏很小，几乎不会产生影响。同相位调制算法中，相位一样的所有低功率变频单元会和不同相位的三角载波一一对应，这就会导致在对电压进行输出时，各功率单元有各自不同的变化规律，输出的波形也是SPWM这种普通的波形，所以要实现电压值的调整，只需对脉冲的宽度进行调节即可。
功率单元对应的三角载波，虽然单个的频率不是很高，但是组合在一起后，整体的系统等效波频率却并没有受到影响，反而相对较高，而且低功率变频单元的联合使用，还可以对低次谐波污染进行有效的控制，并且在开关功率单元时造成的能量损耗问题，也能够得到有效的解决。正弦调制波在三项控制中的相位不同，要事先调频调压的控制，只需要对正弦调制波的幅值和频率进行改变即可。
3 FPGA算法和DSP算法
在对多载波算法进行实现的时候，需要对每个功率单元的SPWM控制信号进行要求，即1个功率单元，对应的控制信号为2路。例如，同一相位内的功率单元串联了6个，那么这一相位总共需要的控制信号就是12路，而要实现三相同步输出的话，那么就需要36路的控制信号。如同在现实的使用中，需要信息的采样和通信保持同步，那么这种功能可以利用FPGA算法和DSP算法编制一个控制器来实现。FPGA算法和DSP算法在设计通信功能时，采用的是并行方式，DSP算法可以根据对地址的不同需求，来对FPGA算法里的随机存储单元进行选择。在控制器的功能实现中，DSP算法的控制器完成了对采样的计算功能和一些其它和计算相关的功能，而FPGA算法的控制器则完成了对控制信号的输出功能。
4 结束语
级联型高压变频器比起传统的高压变频器，拥有输出多样化、谐波污染小和共模现象弱等方面的优势，不论是从能源的节约角度出发还是设备的实用性角度出发，级联型高压变频器都是电动机未来发展的方向，而作为级联型高压变频器的核心算法，多载波控制算法还有很大的改进空间，所以在将会在未来很长的一段时间里，对多载波控制算法的持续研究，将会是相关研究人员的工作重点。
参考文献
[1]傅电波，尹项根，王志华等.高压变频器分段SPWM控制策略的实现研究[J].电力自动化设备，2002，22（10）：13-16.
[2]李宗臣，张奕黄.级联型多电平高压变频器的建模与仿真[J].电机与控制应用，2009，36（3）：31-34，52.
[3]朱丽媛，王英.基于MATLAB的级联型高压变频器的建模与仿真[J].电机与控制应用，2012，39（4）：51-56.
高压变频器范文5
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。
高压变频器范文6
关键词:高压变频 电网 电动机
中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0120-01
1 高压变频器概述
变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电装置。
高压变频器在20世纪80年代中期才开始投入市场,但随着大功率高性能的电力电子器件的速度发展和市场的巨大推动力,高压变频器近20年的发展非常速度。使用器件已从SCQ.GTO晶闸管,GTR发展到IGBT.IGCT和IECT。功率范围从几百千瓦发展到几十兆瓦,现在高压变频器的设计制造和检测技术已经成熟,可靠性有充分的保障,使用面越来越广,我国有多个厂家可以生产高压变频器。
2 国内变频器厂家介绍
目前,主要国内生产厂家有北京利德华福、四川东方凯奇、湖北三环、山东风光、哈尔滨九洲、北京台康电气、广东中山朋。四川成都佳灵(采用无变压器模式,号称世界性突破)北京利德华福与东方凯奇公司,生产该产品时间最长，业绩也最多,在市场可称为第一梯队。湖北三环，北京合康电气，山东风光哈尔滨九州仅有不到30台,业绩为第二梯队其余的为第三梯队。截止到2005年为止,国内投资的高压变频器约1000左右,国内生产稳定运行的就频器在1600kW以下,最大试运行的变频器在2200kW左右,且全部为风冷,与国外在3500kW以上液泠的现状有较大差距,国内的厂家基本走的失量叠加型的技术线路。
3 国内与国外变频器的比较
高(中)压变频器通常指电压等级在IkV以上的大容量变频器按照国际惯例,供电电压小于10kV而大于等于1kV时称中压,大于等于10kV时称高压相应额定电压的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。
我国习惯1kV以上的电气设备均称为高压设备有的变频器生产企业将电压范围为1kV～3kV称为中压变频器,电压范围为6kV～10kV及以上的称为高压变频器。
4 使用高压变频器后对电网的谐波,功率因数等方面的影响
4.1 谐波
在电力系统中,理想条件下,希望电流和电压均为正弦波,当工作时,电流就会成非正弦波,非正弦电流在电网阻抗上产生电压降,从而造成负载侧的电压波形也变成为非正弦波,对于周期性的非正弦波。谐波的危险非常严重。一方面,谐波使电能的生产,传输和利用的效率降低,设备过热,绝缘老化,使用寿命降低,严重时还会使设备因谐波发生故障或烧毁,谐波设备中还会产生机械振动和声,严重时还会使设备电和机械产生谐振,别外谐波也可能引起电力系统的局部串联式或并联式谐振,引起保护系统误动作,谐波在电力系统线路中的传传输或者在设备工作中发射还会对电网中的设备或设备回通信号,设备使用产生严重干扰。
4.2 谐波对电力电子器件以及电力电子装置
本身也造成很大损伤,谐波回增加系统损耗,损耗的增加直接导致系统的发热量增加,相应要求系统的散热措施要加大,造成系统体积,成本增加,同时还会因为谐波造成装置的过电流、过电压等问题,从而影响系统的可靠性,因此对于网络供电质量,用户用电的各级电网中的谐波有着严格的限制。例如,按照GB/14549—1993的要求,6kV等级电网中总的电压谐波不允许超过协议容量的4%,其中本电网用电装置产生的电压谐波不允许超过2.4%。正弦电压加到线性无源元件,如电阻,电容和电感上时,其电流和电压为正弦波,但当正弦电压加到非线性电路(如各类电力电子装置)时,远不如电压源型变频器。
4.3 谐波仰制
高压变频器装置因其功率较大,在电力系统网中都属较大型用电设备,如果谐波与功率因数处理不当,就会成为网络中的一个大的干扰源。
解决方法:一是装谐波补偿装置来补偿谐波,这对各种谐波源都适合。另一种是对电力电子装置本身进行改造,使其不产生谐波,功率因数可控制为1,这只适用于主要谐波的电力电子装置。谐波滤波装置的传动方法是采用IC滤波器,即可补偿谐波,又可补偿无功功率,且结构简单,一直被广泛使用,但其存在诣多问题。
4.4 采用有源电力滤波器
其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等,而极性相反的补偿电流,从而使电流中只含有基波分量。
4.5 功率因数
电力系统网络元件及负载主要都是阻感性的,因此在电力传输过程中需要提供无功功率,无功功率对电网的影响主要有以下几点。
(1)增加设备容量,无功功率的增加,会导致电流增大和视在功率增加,从而使发电机,变压器及其电气化设备容量和导线载面积增加,同时,电力用户的起动及控制设备,测量仪表的规格和尺寸也加大。
(2)无功功率的增加,使总电流增加,使设备及线路损耗增加。
(3)使线路及变压器的电压降增大,如果是冲击性无功功率负载,还会使电压产生剧烈波动,供电质量严重降压。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作,这是由其本身的性质所决定的,异步电动机和变压器都是典型的阻感负载源,所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很大比例。
5 变频器优点
变频器作为一种高效起动及调速方式,起动性能好,自动平滑加速,保护性能完善,且能实现故障,判断显示具备精度高,节能效果好等优点。
影响变频器的价格因素有以下几点。
(1)容量越大,成本越高,销价也越高。
(2)电压等级同容量的情况下,电压等级越高,成本越高。
(3)与变频器容量,电压等级不相关的系统分别为:柜体,控制系统。
(4)对变频器构成的影响主要有以下几方面。
①变压器(容量大变压器就大价格就高)。
②功率单元(与容量大小相关,电压等级高则用的功率单元就多,成本及价格就越高)。
③连接系统(与电压等级相关,主要是电缆长度,单元个数多,则所需电缆数就多)。
