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1、莱钢高压水处理泵站高压变频器节能改造探究和应用 【摘要】：详细介绍了干式移相变压器的移相原理及过程，以及如何获得多脉波整流电路，并简要阐述了SPWM控制策略。【关键字】：高压变频器；移相变压器；高压功率单元中图分类号：O52文献标识码：A1、前言单元串联式多电平变频器采用多个功率单元串联的方法来实现高压输出。其输出通常采用多电平移相式pwm，以实现较低的输出电压谐波。输入通常采用多重化隔离变压器以达到抑制输入谐波的目的。近年来，该技术在全球范围内发展迅速，国内也涌现了很多基于该技术方案的高压变频器生产厂家，此次型钢厂中型线水处理泵站节能改造所上高压变频器即为山东某公司生产的单元串联多电平变频
2、器。2、高压变频器主回路波形分析水处理泵站所上高压变频器为单元串联多电平PWM电压源型变频器，采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。7该变频器具有对电网谐波污染小、输入功率因数高、不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置，输出波形质量好、不存在谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动等问题、不必加装输出滤波器就可以用于普通异步电动机。此套高压变频器主要由主控柜、旁路柜、变压器柜和功率单元柜组成，下面就变压器柜和功率柜做主要阐述。2.1变压器柜2.1.1延边三角形移相原理的简单介绍延边三角形的延边长度取决于移相角θ的大小，现以图1所示的相量关系分析延边长度AA1与移相角θ的关系（
3、它们之间的关系只做定性的分析）。延边三角形的实质就是将同一铁心柱上一次线圈分成两部分：一部分是角接线圈，另一部分是延边线圈。以B1A1表征角边电压相量；以A1A表征延边电压相量；OA表征等值星形电压相量；BA表征电网线电压相量；θ角为OA与B1A的夹角，即为移相角的大小。用极限的方法分析θ角的移相范围：当延边A1A缩短至A点与A1点重合则θ角为30°，当A1点向O点移动直至A1点与O点重合则θ角为0，所以延边三角形的移相范围为0～±30°。a）相位角前移电压相量图b）相位角后移电压相量图图12.1.2移相干式变压器的形成7此套变频器整流部分为30脉波整流电路以达到降低输入谐波电流的目的，因此变
4、压器二次侧设计为十五套绕组，联接组别为Y,d11或Y，d1在此基础上采用延边三角形接法，分别给功率单元提供电源以实现移相的目的，5组串联组间二次绕组相位互差12°电角度。变压器的二次侧联接组别分别为Y,d11+24；Y,d11+24；Y,d11+24；Y,d11+12；Y,d11+12；Y,d11+12；Y,d11；Y,d11；Y,d11；Y,d11-12；Y,d11-12；Y,d11-12；Y,d11-24；Y,d11-24；Y,d11-24。因变频器每个功率单元的整流部分为三相桥式不控整流，因此三相桥式输出的是变压器二次线电压的整流电压，即为线电压的包络线，其在一个周期内脉动6次，5组串联
5、组间二次绕组之间互差12°电角度，则在一个周期内便脉动30次，即为30脉波整流电路。图2所示：图22.2功率单元柜1.2.1单元串联多电平变频器拓扑结构介绍功率单元柜每相是由五组功率单元串联组成，其中五组功率单元是有多个H桥全控逆变电路串联而成，各单元的控制逻辑相互独立。其拓扑结构如图3所示：此种拓扑结构为单元串联多电平变频器，其相电压的电平数NP与每相的功率单元数NS之间存在关系为：NP=2NS+1，即为11电平变频器。7图32.2.2载波移相控制策略多电平功率变换电路是由两电平控制策略推广得来，此套高压变频器是用移相载波PWM控制方式。每个功率单元模块的SPWM信号均由一个三角载波与一个正
6、弦波比较产生。所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与其相邻模块的三角载波之间有一定相移，使各模块最终叠加输出的SPWM波的等效开关率提高，大大减小了输出谐波。2.2.3载波移相控制的分析根据以上对概念的理解和分析，载波移相控制的实现主要有两部分完成：一部分是通过正弦调制波和等腰三角载波进行比较从而得到SPWM波形。单元串联型多电平逆变器单个功率单元如图4所示。功率单元的输出有三种可能：Q1,Q4导通，Q2，Q3关断时输出电平为+Uab；图4Q2,Q3导通，Q1,Q4关断时输出电平为+Uba，即为-Uab；Q1,Q2导通，Q3,Q4关断或Q3,Q47导通，Q1,Q2关断时Uab等电位输出
7、电平为0。其中Ud=1.35UL=850.5V[1],(变压器副边绕组UL为630V)，每个功率单元输出有效值Uab=0.816Ud=694.008V≈690V。如图3所示每相相电压UU=690*5=3450V,线电压UUV=√3*3450V≈6000V。依照以上输出的三种电平加之有效的控制两桥臂的导通与关断，便能得到每个功率单元的SPWM波形。首先SPWM参考信号为标准的正弦波，其次，建立左、右
