1、1高压变频器原理及应用【摘要】近年来，随着我国经济的发展，我国在高压变频器方面的发展也是十分迅速的。通过对高压变频器的原理进行分析，可以对其进行良好的改造，促进其更加广泛的应用。 【关键字】高压变频器，原理，应用分析 中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 本文笔者试着从高压变频器的基本概述进行分析，并进一步分析了高压变频器的工作原理以及其应用，希望笔者的分析，对于高压变频器的发展具有一定的作用。 二、高压变频器概述 高压变频器是采用若干个变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。在变频器中，由多个低压单元串联连接，构成驱动系统的高压输出。基于这种拓扑结构，使得高压变频器具
2、备了在维护、功率品质方面的优点，另外变频器通过快速功率单元旁路，是系统的可靠性大大增加。该变频器具有对电网谐波危害小，输入功率因素高，无需采用输入谐波滤波器和功率因素补偿装置。输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动，噪音，输出 dv/dt，共模电压等问题，不必设置输出滤波器就可以用于普通的异步电机。 传统的变频器拥有 5 个独立部件，即输入滤波器、功率因数补偿、2隔离变压器、逆变装置和输出滤波器。而无谐波高压变频器完美的输入/输出特性，因此其内部仅需隔离变压器和变频器两个主要部件。与普通采用高压器件直接串联的变频器相比，由于采用整个功率单元串联，器件承受的最高电压为单元内直流母
3、线的电压，可直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。功率单元中采用的低压 IGBT 功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。功率单元采用模块化结构，同一变频器内的所有功率单元可以互换，维修业非常方便。由于采用功率单元串联结构，所以可以采取功率单元旁路技术，当功率单元故障时，控制系统可以将故障单元自动旁路，采用中心点漂移技术，变频器仍可降额继续运行，大大提高了系统的可靠性。 三、高压变频器的工作原理 1、移相式变压器 移相变压器的副边绕组分为三组，构成 X 脉冲整流方式；这种多极移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使负载下的网侧功率因数接近 1。另外，由于副边绕
4、组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，这样大大提高了可靠性。 2、智能化功率单元 所有的功率模块均为智能化设计具有强大的自诊断指导能力，一旦有故障发生时，功率模块将故障信息迅速返回到主控单元中，主控单元及时将主要功率元件 IGBT 关断，保护主电路；同时在中文人机界面上精确定位显示故障位置、类别。在设计时已将一定功率范围内的单元模块3进行了标准化考虑，以此保证了单元模块在结构、功能上的一致性。当模块出现故障时，在得到报警器报警通知后，可在几分钟内更换同等功能的备用模块，减少停机时间。 6kV 电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直流 P
5、WM 电压源型逆变器结构，相邻功率单元的输出端串联起来，形成 Y 接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。6kV 电压等级的高压变频器，每相由六个额定电压为 600V 的功率单元串联而成，输出相电压最高可达 3464V，线电压达 6000V 左右。改变每相功率单元的串联个数或功率单元的输出电压等级，就可以实现不同电压等级的高压输出。每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，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，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。6kV 电压等级的变频器，给 18 个功率单元供电的 18 个二次绕组每三个一组，分为 6 个不同
6、的相位组，互差 10 度电角度，形成 36 脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波，这种等值裂相供电方式使总的谐波电流失真大为减少，变频器输入的功率因数可达到 095 以上。3、双 DSP 控制系统 主控器的核心为双 DSP 的 CPU 单元，使指令能在纳秒级完成。这样CPU 单元可以很快的根据操作命令、给定信号及其它输入信号，计算出控制信息及状态信息，快速的完成对功率单元的监控。 4、GPRS 远程监控 4通过 FTU 配网装置，将采集到的实际频率、定子电压、定子电流、压力以及系统运行的状态量和报警信息等等数据，利用 GPRS 网络发送到后台服务器，后台服务器可根据所收到的数据信息的分析
7、结果作出相应的处理操作，包括监测工作状态、系统运行参数、电流、电压的超标报警，这样就可以对现场进行实时监控，以确定安全情况和运行情况。大幅提高了系统运行的可靠性、操作方式更加灵活、同时也减少了维护费用。 四、高压变频器在电厂的应用分析 1、选择合适的高压变频器类型 目前，结合电厂负荷实际情况做好选型工作是使用高压变频技术最重要的一步。工程实践中，通常选用高低高型变频器以及直接高压型变频器中的三电平方案和单元串联多电平方案。 负载容量小于 500 kW 这个容量范围的变频器占全厂总负荷比例较小，无论是老设备改造还是新建的项目，当谐波并非主要问题时，完全可以采用 6 脉冲（或者 12 脉冲） ，价
8、格低廉，投资回报快，相比之下如果采用变频器，由于系统结构的原因，单位价格（元/kW）非常高，有些大材小用。当然更为理想的是能够采用扃中方案，变频器直接驱动690VAC 电机，系统效率和应用效果都能处于最佳。 负载容量在 500 kW-800 kW 之间此段容量的高压变频器既可以采用高低高方案，也可以采用直接输出高压方案，这就需要用户对装置性能、谐波影响、装置尺寸、安装场地、投资运算、使用维护等多方面综合进行评估。通常情况下，对于新建项目，采用高中方案，变频5器直接驱动 690VAC 电机，整个系统的综合性能价格比较高，而对于老设备改造项目，如果原有电机不做改动，那么采用三电平电压源型高压变频器
9、和单元串联多电平型高压变频器比较合适。 负载容量在 800 kW 以上 800 kW 以上的高压变频器负荷容量相对较大，对于高低高或高中方案来说，690VAC 部分的输出电流比较大，截面积较大的输出电缆不便于铺设和连接，因此适宜选用直接输出高压型方案，建议采用三电平电压源型高压变频器或者单元串联多电平型高压变频器。 2、实际应用中的问题与对策 高压变频器是集电力电子技术和控制技术为一体的大型电气设备，实际应用中可能碰到各种具体问题需要采取不同对策，以保证设备长期可靠运行。 1）变频器散热无论是哪种形式的高压变频器，其正常发热量大约为容量的 4%-6%。对于安装场所来说，必须做好通风散热，过高的
10、环境温度会使变频器输出功率降低，并加速电子元件的老化，影响变频器使用寿命，因此建议给变频器加装通风散热风道或加装空调。 2）变频电机普通电机通过自有的风扇冷却，但在变频调速过程中其冷却效果随着电机转速降低而下降，对于长期运行在较低频率且需要输出较大转矩的场合，应当考虑采用独立电源供电的变频电机。 3）变压器几乎所有形式的高压变频器都有进线变压器，如果采用干式变压器放置在配电室内，最好能配置柜体，并考虑散热。 4）控制电源某些品牌高压变频器需要低压控制电源，建议对控制电6源增设 UPS 保证可靠供电，防止因控制电源故障导致变频器跳闸。 5）旁路刀闸切换对于重要场合的负载，建议增加工频旁路，可以采
11、用简单可靠的旁路刀闸（3 只刀闸）配置成切换柜，3 只刀闸间建立相互联锁的关系，当变频器故障跳闸后通过刀闸切换，使工频电网直接驱动电机运行。 五、结束语 综上所述，高压变频器是随着现代科技的不断发展而逐渐发展起来的，其对于我国相关领域的发展具有十分重要的作用，因此，我们需要不断的加强对其的研究和分析，促进其更大的发展。 参考文献： 1刘凤袖 高压变频器在广州发电厂给水系统改造中的应用华南理工大学 2012-04-01 硕士 2刘昀; 董湘陵; 朱思国 功率单元级联型高压变频器原理与应用大众用电 2008-01-05 期刊 3张相忠 带自动旁路的高压变频器在一次风机上的应用华北电力大学 2012-02-01 硕士
