高压变频器基本构成及技术应用实践

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1、高压变频器基本构成及技术应用实践摘要：本文主要阐述我厂所使用的罗宾康高压变频器的系统组成及其技术特点，并介绍在我厂延迟焦化气压机设备使用中所产生的问题进行阐述、分析，进而采取有效的应对对策，解决生产实际问题。关键词：高压变频器发热拓扑结构电容逆变温度1、前言目前世界上的高压变频器不像低压变频器一样具有成熟一致的主电路拓扑结构，而限于功率器件的电压耐量和高压使用的矛盾，国内外各高压变频器的生产厂商采用不同的功率器件和不同的主电路拓扑结构，以适应不同的电压等级和各种拖动的设备要求，因而在各项性能指标和适应范围上也各有差异。主电路拓扑结构主要

2、有：(1)功率器件串联二电平直接高压变频；(2)采用HV-IGBT.IGCT的多电平电压源型变频器；(3)采用LV-IGBT的单元串联多重化电压源型变频器等。2、单元串联多重化电压源型变频器技术2.1西门子罗宾康公司利用单元串联多重化技术，生产出功率为315kW〜10MW的完美无谐波(PERFECTHARMONY)高压变频器，无须输出变压器实现了直接3.3kV或6kV高压输出；首家在高压变频器中采用了先进的IGBT功率开关器件，达到了完美无谐波的输出波形,无须外加滤波器即可满足各国供电部门对谐波的严格要求；输入功率因数可达0.95以上，

3、THD<1%,总体效率(包括输入隔离变压器在内)高达97%o达到这么髙指标的原因是采用了三项新的高压变频技术：一是在输出逆变部分采用了具有独立电源的单相桥式SPWM逆变器的直接串联叠加；二是在输入整流部分采用了多相多重叠加整流技术；三是在结构上采用了功率单元模块化技术。2.2单元串联多重化电压源型变频器主电路基本构成所谓多重化技术就是每相由几个低压PWM功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。多重化技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题,可实现完美无谐波

4、变频。2.2.16kV变频器的主电路拓扑结构图1为6kV变频器的主电路拓扑结构图，每组由5个额定电压为690V的功率单元串联，因此相电压为690VX5二3450V,所对应的线电压为6000Vo2.2.2五功率单元串联变频器的电气连接图2为五功率单元串联变频器的电气连接，每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电，15个二次绕组分成5组，每组之间存在一个12°的相位差。每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成的三相输入，单相输出的低压PWM电压型逆变器。2.2.3功率单元电路图3为功率单元电路，每个功率单元输出电

5、压为1、0、-1三种状态电平，每相5个单元叠加，就可产生11种不同的电平等级，分别为±5、±4、±3、±2、土1和0。2.2.4一相合成的正波输出电压波形。图4为一相合成的正波输出电压波形。2.3多重化技术构成的高压变频器技术分析多重化技术构成的高压变频器，也称为单元串联多电平PWM电压型变频器，采用功率单元串联，而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器件均压的问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/5的输出相电压和1/15的输出功率。变频器由于采用多重化PWM技术，由5对依次相移12°的三角载波对基波电压进行调制。

6、对A相基波调制所得的5个信号，分别控制A1〜A5五个功率单元，经叠加可得具有11级阶梯电平的相电压波形，线电压波型具有21阶梯电平，它相当于30脉波变频，理论上19次以下的谐波都可以抵消，总的电压和电流失真率可分别低于1.2%和0.8%,堪称完美无谐波变频器。它的输入功率因数可达0.95以上，不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置。变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，串联各单元之间的载波错开一定的相位，每个功率单元的IGBT开关频率若为600Hz,则当5个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为6kHzo功率单元采用低的开关频率可

7、以降低开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以降低噪声、dv/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器对电机无特殊要求，可用于普遍笼型电机，且不必降额使用，对输出电缆长度也无特殊限制。由于功率单元有足够的滤波电容，变频器可承受-30%电源电压下降和5个周期的电源丧失。这种主电路拓扑结构虽然使器件数量增加，但由于IGBT驱动功率很低，且不必采用均压电路、吸收电路和输出滤波器，可使变频器的效率高达96%以上。2.4单元串联多重化变频器的优缺点2.4.1单元串联多重化变频器的优点(1)由于

8、采用功率单元串联，可采用技术成熟，价格低廉的低压IGBT组成逆变单元，通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求；(2)完美的输入输出波形，使其能适应任何场合及电机使用；(3)由于多功率单元具有相同的结构及参