DQZHAN技術訊：高壓變頻器的工作原理與性能特點
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術和微電子技術的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。

一、高壓變頻器的基本構成：

1、高壓變頻器的構成：內(nèi)部是由十八個相同的單元模塊構成，每六個模塊為一組，分別對應高壓回路的三相，單元供電由移相切分變壓器進行供電。

2、功率單元構成：功率單元是一種單相橋式變換器，由輸入切分變壓器的副邊繞組供電。經(jīng)整流、濾波后由4個IGBT以PWM方法進行控制，產(chǎn)生設定的頻率波形。變頻器中所有的功率單元，電路的拓撲結構相同，實行模塊化的設計。其控制通過光纖發(fā)送。來自主控制器的控制光信號，經(jīng)光/電轉換，送到控制信號處理器，由控制電路處理器接收到相應的指令后，發(fā)出相應設的IGBT的驅動信號，驅動電路接到相應的驅動信號后，發(fā)出相應的驅動電壓送到IGBT控制極，操作IGBT關斷和開通，輸出相應波形。功率單元中的狀態(tài)信息將被收集到應答信號電路中進行處理，集中后經(jīng)電/光轉換器變換，以光信號向主控制器發(fā)送。

二、高壓變頻器運行原理：

高壓變頻器的每個功率單元相當于一個三電平的二相輸出的低壓變頻器，通過疊加成為高壓三相交流電，變頻器中點與電動機中性點不連接，

變頻器輸出實際上為線電壓，由A相和B相輸出電壓產(chǎn)生的UAB輸出線電壓可達6000V，為25階梯波。如下圖所示，為輸出的線電壓和相電壓的階梯波形，UAB不僅具有正弦波形而且臺階數(shù)也成倍增加，因而諧波成分及dV/dt均較小。

三、多電平單元串聯(lián)疊加高壓變頻器在運行：

將輸入的工頻的三相高壓交流電轉化為可以進行頻率可調(diào)節(jié)的三相交流電，其電壓和頻率按照V/F的設定進行相應的調(diào)節(jié)，保持電機在不同的頻率下運行，而定子磁心中的主磁通保持在額定水準，提高電機的轉換效率。在變頻器輸入側，由于變頻器多個副邊繞組的均勻位移，如6KV輸出時共有+250、+150、+50、-50、-150、-250共6種繞組，變頻器原邊電流中對應的電流成分也相互均勻位移，構成等效36脈動整流線路，變流轉換產(chǎn)生的諧波都相互抵消，湮滅。工作時的功率因數(shù)達0.95以上，不需要附加電源濾波器或功率因數(shù)補償裝置，也不會與現(xiàn)有的補償電容裝置發(fā)生諧振，對同一電網(wǎng)上運行的電氣設備沒有任何干擾。
四、高壓變頻器的性能特點：

1、應用范圍：調(diào)速范轉寬，可以從零轉速到工頻轉速的范圍內(nèi)進行平滑調(diào)節(jié)。在大電機上能實現(xiàn)小電流的軟啟動，啟動時間和啟動的方式可以根據(jù)現(xiàn)場工況進行調(diào)整。頻率的調(diào)整是根據(jù)電機在低頻下的壓頻比系數(shù)進行電壓和頻率的輸出，在低轉速下，電機不僅是發(fā)熱量低，而且輸入電壓低，將使電機絕緣老化速度降低。

2、技術新穎串聯(lián)多重化疊加技術的應用實現(xiàn)了真正意義的高-高電力變換，無需降壓升壓變換，降低了裝置的損耗，提高了可靠性，解決了高壓電力變換的困難。串聯(lián)多重化疊加技術的應用還為實現(xiàn)純正弦波、消除電網(wǎng)諧波污染開辟了嶄新的途徑。

移相變壓器

移相變壓器是單元串聯(lián)型多電平高壓大功率變頻器中的關鍵部件之一。

用低壓電力電子元件做高壓變頻器通常有兩種方法：一是用低壓元件直接串聯(lián)，另一種方法是用獨立的功率單元串聯(lián)，稱為單元串聯(lián)型多電平高壓大功率變頻器。后者因為比前者有更多的優(yōu)點而成為高壓大功率變頻器的主流。

以6kV變頻器為例：它的每相由6個獨立的、額定電壓為Ve=577V(峰值為816V)的低壓功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓為3464V線電壓可達6000V左右。每個功率單元承受全部輸出電流但只提供1/6相電壓和1/18的輸出功率。每個功率單元分別由變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間以及變壓器二次繞組之間相互絕緣。

很明顯移相變壓器在該變頻器中起了兩個關鍵的作用：一是電氣隔離作用才能使各個變頻功率單元相互獨立從而實現(xiàn)電壓迭加串聯(lián)，二是移相接法可以有效地消除35次以下的諧波。(理論上可以消除6n-1次以下的諧波， n為單元級數(shù))

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高壓變頻器的工作原理與性能特點

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