万伏高压变频器的研制

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1、万伏高压变频器的研制

2、第1内容加载中...lunsareintroducedinthispaper一、引言低压变频器已经取得企业界的认可，正在走向大面积普及之路。高压变频器市场正在启动，前景十分好，以前这一产品完全依赖进口，近几年，随着人们对高压变频器的认识越来越深入，市场需求迅速增加。国内变频器生产商奋起直追，已涌现出几个品牌。我公司是开始研制高压变频器较早的单位之一，6000V级的高压变频器已有多台正在正常运转，通过了天津发配电及电控设备检测所和国家电控配电设备质量监督检验中心的检验，通过了由院士和国内著名专家组成的鉴定委员会的鉴定，鉴定证书中高度评价了设备的先进性和创新性。在2002年

3、年底我公司接到万伏变频器的订单，该变频器已于是2003年3月交付使用，现在运行良好。现把研制中的一些关键技术问题和解决办法奉献给读者，以期得到专家、用户和朋友的指教。二方案选择客户要求的主要技术指标是：10000V,355K单相输出的变频器，多个单元相串联后组成Y型结构。单元的三相输入由副边多重化隔离变压器供给，如图2所示。(一)电路结构1、单元数和功率器件的选择线电压10000V，相电压5773V，若每相由9个单元串联，每个单元的的输出为641.5V（有效值）。用户要求的额定容量小，最终选用了西门子双单元IGBT模块为功率器件。2、输入隔离变压器的设计为绕制方便，采用18相整流，输入电流谐

4、波已能满足电磁兼容要求。变压器输入侧采用星形接法。输入变压器与功率单元的连接示意图如图2所示。　　　　　　　　　　　500)this.style.ouseg(this)">　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2输入变压器与功率单元联接示意图这种整流结构能够保证输入电流的谐波成份满足企业标准和IEEE519的规定和要求。当然相位组还可以更多一些，例如采用30或36脉冲整流电路结构，不过那样就大大增加了变压器绕制工艺的难度。3．功率单元主电路功率单元主电路结构是典型的三相输入单相输出电路，如图3所示。　　　　　　　　　　　　　　　　　　500)this.style.ou

5、seg(this)">　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3功率单元主电路(1)由于电解电容上的交流成分和高频成分比较大，实际并有无感电容（图中未画），可以减少交流成分和高频成分，从而减少电解电容的负担，以提高电解电容的寿命。(2)单相输出有晶闸管旁路电路，正常工作时晶闸管不导通，当该单元发生故障时，晶闸管导通，该单元退出运行，其它单元还可继续工作，因而整机可以避免紧急停机。　　　　　　　　　　　　　　　500)this.style.ouseg(this)">　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4功率单元主电路工作之波形在工作方式上，采用单臂（IGBT1、IGBT2）P调制，另

6、一臂（IGBT3、IGBT4）上下管轮流导通，波形见图4，整体原理方案如图2所示，总体结构如图5所示。500)this.style.ouseg(this)">　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5总体结构图（二）控制系统及其优化87C196MC是变频器中常用的，在本设计中仍然选它为主控器件，每个单元配有51单片机作为辅机。单片机资源有限，设计中必须精打细算、注意优化。1、控制系统的电源控制系统有一套独立的电源子系统，其构成如图6所示：　　　　500)this.style.ouseg(this)">　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6控制系统电源220V市电经过整流、滤波、稳压得

7、到一个稳定的直流电压，再由一个高频振荡器得到幅度稳定的高频信号，由一系列高频变压器及相应的整流、滤波送到各单元的控制及驱动电路。控制系统电源独立的好处是：1）电源通过高频变压器给各单元供电，容易实现高压隔离。2）主电路有故障时，控制系统供电依然正常，能保证IGBT开关次序不乱。3）主电路不加电、不加载的情况下，可以对整机进行调试，此时各点波形与主电路加电、加载时完全一样，只是输出电压幅度小。这对设备调试、检修和操作人员的培训十分方便。2、提高电压利用率的优化SP理论指出，采用平均对称规则采样调制方法所得到的三相变频输出线电压的基波振幅最大为aEd，式中a为调制度，Ed为直流母线电压。为了校正

8、SP调制的这种缺陷，本设计采用了准优化P调制，调制信号不是纯正弦信号，而是基波和三次谐波的叠加。其波形呈马鞍状，这实际上是一种预畸变技术。设调制信号为G(t)G(t)=a(sin1t+1/6sin31t)式中a为调制度，ω1为基波角频率。当调制信号相角为60o和120o时，调制度最大。P波经过这样的预畸变，电压利用率可提高15%。(1+15%)≈99.59%这就是说三相线电压的基波幅度已经十分接近逆变器的直流