目前高压变频器的特性论述
吴加强
成都佳灵电气制造有限公司四川成都610041
Wu jiaqiang
(Chengdu Jialing Electric manufacture corporation Chengdu city Sichuan 610041)
摘 要：介绍了目前常用的几种高压变频器特性进行了对比分析。从中了解各种高压变频器的内含技术的不同，带来不同的变频器和运行系统的传动性能、稳定性、可靠性、使用俦命、维护费用等性价比的质量重要指标。做到明白的选用，才能得到使用理想、投入少、返回快、经济实用、真正的节能回报效果。
关键词：高压变频器；电流型；电压型；输入变压器；内含技术水平；谐波含量；传动性能；
Contrast research of three-level HV inverter & the unit series HV inverter and
direct series HV inverter
Abstract: This paper has introduced the HV inverter, three-level HV inverter & the unit series HV inverter and the direct series HV inverter, the main circuit, principle and advantage and disadvantage of two kinds of inverter have described. Compared and analysed the HV inverters of three kinds finally.
Keywords: IGBT in direct series, high voltage inverter，three-level HV inverter, unit series, compared
前 言
目前世界上就高压电动机变频调速技术的研究为热门状态，变频器的种类层出不穷，作为用户都希望能选择实用而具有良好性价比的高压变频器，如何选择便是值得研究的问题。知己知彼，百战百胜，首先按照自己的工况拟定对变频器的技术要求，针对性的选择变频器的方案产品和售后服务优势，否则会出现应用不理想，投资损失大，特别是高压变频器更为突出的现象。不同变频器的电路拓扑方案有不同的技术内含。内含技术水平可决定变频器和运行系统的传动性能、稳定性、可靠性、使用俦命、维护费用等性价比的质量重要指标。就如电脑笔记本大多的功能基本都相同，但内含技术水平质量价位从3000元到数万元之差。为此，了解不同种类的高压变频器内含技术水平，选择变频器的品质与工况相结合，就会得到使用理想、投入少、返回快、经济实用、真正的节能回报效果。
一、高压变频器的概念
按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10kV时称高压，1kV～10kV时称中压。我们习惯上也把额定电压为6kV或3kV的电机称为“高压电机”。由于相应额定电压1～10kV的变频器有着共同的特征，因此，我们把驱动1～10kV交流电动机的变频器称之为高压变频器。高压变频器又分为两种性质类型，电流型和电压型，其特点区别：
变频器其主要功能特点为逆变电路。根据输入滤波器型式，逆变电路可分为电压型和电流型两类。前者在直流供电输入端并联有大电容，一方面可以抑制直流电压的脉动，减少直流电源的内阻，使直流电源近似为恒压源；另一方面也为来自逆变器侧的无功电流提供导通路径。因此，称之为电压型逆变电路。
在逆变器直流供电侧串联大电感，使直流电源近似为恒流源，这种电路称之为电流型逆变电路。电路中串联的电感一方面可以抑制直流电流的脉动，但输出特性软。电流型变频器是在电压型变频
器之前发展起来的早期拓扑。
二、. 电压型逆变器与电流型逆变器的特点区别：
（1）直流回路的滤波环节。电压型逆变器的直流滤波环节主要采用大电容，因此电源阻抗小，相当于电压源。电流型逆变器的直流滤波环节主要采用大电感，相当于恒流源。
（2）输出波形。电压型逆变器输出的电压波形是SPWM高频矩形载波，输出的电流波形在感性负载时近似于正弦波，含有部份的高次谐波分量，输入采用简易滤波，便可满足国家潜波含量标准。。电流型变换器输出的电流波形是一个交变矩形波，其输出的电压波形接近正弦波，含有丰富的高次谐波分量，电机易发高热，一般使用时都要选用进口的特制电动机。输入谐波含量极高，须采用巨大，笨重的滤波器，方能使用。
（3）四象限运行。电流型逆变器由于在其直流供电侧串联大电感，在维持电流方向不变的情况下，可控硅整流桥可改变电压极性，所以很容易使逆变器运行在整流状态，从而使整流桥处于逆变状态，实现四象限运行。电压型高压变频器只有二电平采用IGBT整流回馈，可四象限运行。
（4）动态性能。电流型逆变器有大电感，电流动态响应较困难，需求动态力矩跟不上，特性软；电压型逆变器可以用电流反馈环控制，响应速度快，适应现代控制理论：高级的佳灵直接速度控制、富士矢量控制，ABB直接转矩控制，次之的空间电压矢量控制和转差优化F/U控制。在速度开环的条件下，可高速、高精度地实现对电机的磁通力矩控制，使电机特性可柔、可刚；动态性能尤好。
（5）过流及短路保护（高压变频器致命的保护功能）。电流型逆变器因回路中串有大电感，能抑制短路等故障时电流的上升率，故电流型逆变器的过流和短路保护容易实现，而一般的电压型逆变器则较为困难，只有二电平电压型高压变频器设有直流电感，可抑制dI/dt的上升速率，易实现过流保护和短路保护。
（6）对开关管的要求。电压型逆变器中的开关管要求关断时间短，但耐压较低；而电流型逆变器中的开关管对关断时间无严格要求，但耐压要求相对较高。
（7）采用电流型逆变器需加两个电感，并且开关管截止时所承受的电压比电压型高的多。
目前只有AB公司技术方案产品。
从上述区别中表明电压型高压变频器比电流型高压变频器更具应用前景。
三、目前电压型高压变频器实现高压的拓扑方式
近年来，随着电力电子技术应用的发展需要，促使电力电子器件快速发展；反过来，一代新器件或一项新技术一旦克服了老器件的某些缺点，就会推动包括变频器在内的电力电子应用装置出现革命性的变化。
IGBT在90年代迅速发展，绝缘牲、模块化与其工作频率可达20kHz，使变频器进入“静音”时代。它没有2次击穿的困扰，在380V、660V异步电动机变频调速的使用效果，被社会广泛接受，使得低电压变频器的发展，在目前进入大发展的全盛时期。
在电压为1140V～3-10kV、的高压电动机变频调速中，IGBT模块的工作电压己远远跟不上使用要求。由于IGBT元件目前IGBT作到3.3KV，IGCT作到4.5KV，但也不能满足直接使用的电压等级。又其性能差价格高昂，制造产品昂贵。方法论：最简单、最直接的方法，是最有效的方法；不断能优化的方法、为创新的方法；能不断创新的方IGBT元件串联使用，（IGBT元件可采用传统串联方法使用，那是业外思维）由于IGBT元件串联后将出现的一些世界级技术难题，在高开关频率下的多环节动态dv/dt高峰，线路电感、引线电感、母板技术、串联同步控制、动态均压等等，都使产品出现崩溃性的难点，被国内外业内研发专家列为研发的禁区。高压变频器究竟用什么器件、和配与设计电路的实合性，成为世界业内电气设计的研究创造的热门。因此，高压变频器在不同的历史时期，就有不同的技术与技术产品出现：
A类：专用高压变频器
驱动对象：高压交流异步电动机
风机、水泵专用（要求不高的平方转矩和不快态动控制负载类）
（1）.高-低-高方式；采用降压变压器-低压变频器-特殊升压变压器-电机；
（2）.12脉冲变压器整流IGBT三电平两电位重叠间接高压方式；
（3）. 曲拆多脉冲变压器整流IGBT单元串联多电位重叠间接高压方式；
注：间接—指在变频器变流环节中，存在利用了变压器来进行电压变换的过程。
B类：通用高压变频器
驱动对象：高压交流异步电动机；高压交流同步电动机；
负载通用类：（既可适用风杌、水泵，也可全程快速高转矩控制和四象限运行的各种机械传动控制。）（4）. 直接整流IGBT元件串联直接高压方式；（国有技术；世界专利。）
四、 四种高压的拓扑方式的特点
（1）.高-低-高方式；
电压变换方式：降压变压器（R1）低压变频器（R2）升压变压器（R3）R4）。
R1 R2 R3 R4 系统等效阻抗：
（2）.IGBT
电压变换方式：
系统等效阻抗：
三电平高压变频器又称“中性点箝位式”（也称NPC(Netural Point Clamped中点箝位方式)高压变频器，这是近几年才开发和推出的一种高压变频器，高压变频调速系统采用中性点箝位三电平技术。变频器主要由输入12脉冲变压器、整流器、中性点箝位回路、三电平模式逆变器、输出滤波器、控制部分等组成。
整流电路一般采用二极管，箝位采用高压快恢复二极管，逆变部分功率器件采用GTO，IGBT 或IGCT。输出电压等级4.16kV。
初期便用时由于输出电压与电机工作电压不直接匹配，对6KV须将高压电机“Y”接法改为“Δ”接法。当变频器故障时，又改回去，工频运行。
目前为可在输出端增设一个自耦升压变压器，可直接用于6KV和10KV高压电机，类高--低--高方式。
目前为ABB公司和西门子公司技术方案产品。
2.1技术特怔：
图1 中性点箝位三电平PWM 高压变频器主电路拓扑结构图
由图1可以看出，该系列变频器采用类似传统的电压型变频器结构，关键技术在对中点漂动处
理，空载和轻载漂动小，随负载的加重或动态变化，电容难以支撑中点位，钳位中点也稳不住，钳
位电压随之浮动。中点的浮动的幅度大小，将会产生输出电压的非对称性，输出谐波，波形失真，
共模电压的变化。其表现为，若输出端在不接电抗器，直接连高压电机运行，电动会出现剧力抖动
和高热（这是任何一种方式变频器都不会产生的现象）。为此，三电平高压变频器不管电机离的远
近，都须装输出电抗器，解决可视，听的缺陷。而隐患的共模电压导致电机绝缘老化问题。由于三
电平逆变开关模式中存在必须的多点死区，其缺陷是由电路特点，硬件产生的，单靠优化控制软件，
只能收到微小的效果。还需同佳灵JCS 型一样，增加输出共模抑制器方可有好效。
2.2 . 产品特点
1）效率极低
三电平变频器的结构简单，但二极管的增多、线路增多，况且每个IGBT 的驱动波形不一致，
也必将导致箝位和开关性能的不一致。 功率元件的导通和关断是由箝位二极管来保证的。箝位二
极管的耐压要求高，快恢复性能好，主器数量多。，致使系统结构相对复杂，而且扩展能力有限。
2）变频器容量需增大20%，投资高
开关器件的导通负荷不一致。靠近母线的开关和靠近输出端的导通负荷不平衡，这样应导致开
关器件的电流等级不同。在电路中，如果按导通负荷最严重的情况设计器件的电流等级，则每相有
2*(m-2)个外层器件的电流等级过大，造成浪费。变频器输出线电压4.16kV ，电机角形接法为3.3kV ，
变频器输出必降压设定为3.3KV 。将产生变频器的无用功率为：
4.16KV —3.3KV=0.86KV
8.0386.032×××==I KV COS VI P φ
在使用选型时，变频器的容量至少需增加20%的匹配容量，而增大投资。
3）由于需星 / 三角变换装置，才能实现工频 / 变频切换
对于6kV 高压电机，三电平变频器采用Ｙ/△改接的办法，将Ｙ型接法的6kV 电机改为△接法。
但在进行了Ｙ/△改接后，电机的电压与电网的电压不一致，无法实现旁路功能，当变频器出现故障
时，又要保证生产的正常进行，必须首先将电机改回Ｙ型接法，再投入6kV 电网。为此，电机的改
接必须加装Ｙ/△切换柜实现，以便实现旁路功能。
4）输出谐波含量大，需要专用变频电机。
由于三电平变频器，所固有的输出波形中含高的谐波分量，使得输出性能不良好。输出电流、
电压波形见图2。低速区变频器的波形极差，基本上不能满足工况的要求。因此，在变频器的输出
侧必须配置LC 滤波器才能用于普通的鼠笼型电机。同样由于谐波的原因，电动机的功率因数和效
率、甚至寿命都会受到一定的影响，只有在额定工况点才能达到最佳的工作状态，但随着转速的下
降，功率因数和效率都会相应降低。输出电压谐波5.、7高，11次、13次谐波达到20%以上，会
引起电动机谐波无功发热、转矩脉动，这对电缆和电动机都是致命的影响。因此，外商一般都力荐
采用专用电动机。
图2三电平变频器输出波形图
3 、曲拆多脉冲变压器 整流 IGBT单元串联多电位重叠间接高压方式；
（简称：单元串联多重化变频器）
电压变换方式：电源 变压器（R1） 单元串联变频器（R2） 电机（R3）
系统等效阻抗：
3.1 主电路
单元串联多重化技术高压变频器，是利用移相主变压器降压，再通过多个低压单相变频器（图
3）串联和控制器结构组成。各功率单元由一个曲拆多绕组的移相主变压器降压供电。变压器是
单元串联高压变频器设备电路结构中的一个重要部件。3KV有12个功率单元，每4个功率单元
串联构成一相。6KV系列有15个功率单元，每5个功率单元串联构成一相。10KV系列有
21个功率单元，每7个功率单元串联构成一相。移相变压器中，变频器6kV时需要3×5个绕组，
引出主接线头48根，（10kV时需3×7个绕组，引出主接线头66根，）。变压器输入端采用内部三角形，
输出为外部星形的延边三角形接法，见图5。
所谓多重化技术就是每相由几个低压PWM功率单元（图3）串联组成，各功率单元由一个多绕
组的隔离变压器多级移相叠加的整流方式供电，由CPU实现控制再以光导纤维隔离驱动。输出
侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电。通过对每个单元的PWM波形进行
重组多重化。可实现输入端（变频器在高频段输出50Hz时）条件下有较低的谐波含量（输出端谐
波含量高）。图（5）为6kV变频器的主电路拓扑图，每组由5个额定电压为690V的功率单元串联，
因此相电压为690V×5=3450V，所对应的线电压为6000V。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。以中间△接法为
参考(0°)，上下方各有两套分别超前（＋12°、＋24°）和滞后（－12°、－24°）的4组绕组。
所需相差角度可通过变压器的不同联接组别来实现。
图4中的每个功率单元都是由低压（IGBT）构成的三相输入，单相输出的低压PWM 电压型逆变器。每个功率单元按预编程时序输出不同相位差的PWM 电压为1、0、－1三种状态电平，每相5个单元成阶梯叠加，就可产生11个不同的梯度电平波形，图5为一相合成的输出正波包络电压波形。这种电压波形对电单元串联机无特殊要求，可用于普遍笼型电机。
这种多重化技术构成的高压变频器，也称为单元串联电压型变频器，采用功率单元串联双“Y”回路，采取变压器多绕组别分组分压整流单元均压，单元电平叠加，变频器输出高电压的正波包络阶梯电压波形。适应普通笼型电机的变频调速驱动。
3.2 单元串联多重化变频器的技术特点
（1）
是一种单变压器高—低－高的有效方式。采用功率单元串联电压相加回路，采取变压器多绕组别分组分压整流单元均压，单元电平叠加，变频器输出高电压的阶梯电压波形，经电机定子电感滤波，测相电压为正弦波（实际上就任何变频器输出波形很差，只要经电机定子电感滤波，测相电压都为正弦波）。
（2）成熟技术易于组合不同电压输出的要求。由于采用功率单元串联，采用低压变频器成熟技术，由低压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；
（3）功率单元模块化、标准化、单元间具有互换性。由于多功率单元具有相同的结构及参数，便于单元间具有互换性，实现冗余设计，即使在个别单元故障时也可通过单元旁路功能将该单元短路，系统仍能降额地可运行。
（4）实现工 / 变频切换操作简单。若考虑变频器故障后的工频运行，可增设一个简单切换装置，可方便地通过倒切开关，切换到工频运行。
图3 单元H 桥电原理图
图5 功率单元串联高压变频器输出波形图
（5）需制造复杂而昂贵的移相变压器，存在一些不便的长远后虑。由于系统中存在着必须的移相变压器，系统效率再提高不容易实现；移相变压器中，6kV三相6绕组×3（10kV时需12绕组×3）延边三角形接法，在三相电压不平衡（实际上三相电压是不可能绝对平衡的）时，产生的内部环流，必将引起内阻的增加和电流的损耗，也相应的就造成了变压器的铜损增大。此时，再加上变压器的铁芯的固有损耗（励磁功率是为不变因数），变压器的效率就会降低。也就影响了整个系统的效率，并随负载率的降低效率更要降低。变频器系统平均效率低。在使用中一但变压器损坏，维修极复杂，费用极高。总费用至少在购价的45%左右。
（6）输入谐波重载时含量低。由于采用了必要的移相变压器，实现多组整流，间接地获得了输入端的低谐波含量指标。
（7）使用的功率单元及功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件（90只二极管，60只IGBT）；移相主变压器接点太多，接线复杂，系统的内阻和损耗增大，。驱动元器和连线多。相应长期使用中故障必然多，维护复杂且工作量大。
（8）输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出，谐波含量大增。电机从0Hz 起动时振动大，电机温度高，不能快加速的原因；
（9）只能用于风机水泵的变频调速。
（10）动态特牲软，响应速度慢，加速和减速时间长。
（11）不能用于含有制动工况的机械转动；不能实现能量回馈的四象限运行，且无法实现制动；
（12）装置的体积太大，重量大，安装占地面积大；
4IGBT元件直接串联高压变频器（通用高压变频器）
.直接整流IGBT元件串联直接高压方式；（国创技术；世界专利。）
在中高压领域，矛盾的焦点是自关断功率器件如IGBT的耐压问题，对3KV、6KV、10KV或更高的工作电压IGBT的耐压短期内是无法解决的，而对高速功率开关器件的串联问题是全世界公认都未解决的尖端难题，
电压变换方式：电源IGBT元件串联直接高压器（R1）电机（R2）
R1 R2
系统等效阻抗：
4.1主回路
前面已讨论多电平、多重化的优点，而现代PWM 控制技术的发展水平，产生的电压波形能基本消除低次谐波，二电平比三电平整体效果更好，与多重化相差不大，在低频段波形优于多电平和多重化。同时多电平、多重化带来的问题与直接串联比是相当多的。
4.2 静、动态性能
直接串联二电平可以像低压变频器一样加直流制动电路或能量回馈，其动态性能也可以像低压变
频器一样优越，其电路仍很简单。这对于多电平，特别是多重化并不容易。使它只能用于一些调速要求不高的场合。为此，IGBT元件直接串联高压变频器（通用高压变频器）应用了佳灵的核心DSC技术。直接速度控制（DSC）对交流传动来说是一个最优的电机控制方法，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制。不需在电动机转轴上安装脉冲编码器来反馈转子位置信号而具有精确的速度和转矩的控制技术。极其关键的是控制中不受定子温度和转子温度变化引起对电机参数变化的影响（矢量控制受定子温度影响变差，直接转矩控制受转子温度影响变差）。DSC开发出交流传动中前所未有的能力并给所有的应用提供了优秀服务。
DSC 直接速度控制，是交流传动领域电机控制方式的一次革命，它从零速开始不使用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。在零速度时能产生满载转矩。
在DSC中，定子磁通、转子磁场和转速被作为主要的控制变量。以滑差为误差，以转矩为调节量，以鲁棒性设计控制，确保稳定性和可靠性。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新4万次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着变频器可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电、网压波动等动态变化做出快速响应。在DSC中不需要对电压，频率分别控制的PWM调制器。开环动态速度控制精度可以达到闭环磁通矢量控制的精度。 JL5000静态速度控制精度为标称速度的0.1%～04%（50Hz～2Hz），它满足了绝大多数的工业应用。当要求更精确的速度调节时，可以加装脉冲编码器可选件。JL5000的开环转矩阶跃上升时间小于5毫秒，而不带速度传感器的磁通矢量控制变频器的开环转矩阶跃上升时间却多于100毫秒，与直接转矩控制同等，转矩脉动0.3%比直接转矩控制优。JL5000变频器其优良的鲁棒性，即可靠性稳定性是无与伦比的。
4.3 复杂程度
相比较，三电平要多6 个快速二极管，五电平就更多了。多电平每个开关都要独立控制；多重化每个单元上的4 个开关器件都要独立控制，并且都存在必须要仔笨重复杂成本高自损大的输入变压器。IGBT元件直接串联无输入变压器组成的同一组件都只需一个开关量控制。当然其高效性和可靠性从原理上讲就高许多。
4.4 节能效果
多重化为得到若干组不同的独立电压，变压器采用延边三角形法，很难得到三相平衡的移相电压。这必然形成环流，增大铜、铁损耗，并且负载变化不大，而数百个变压器的内外接头也将增大损耗，降低可靠性。输入变压器，降低了效率。应用变频器是为了获取节能产生经济效益为主要目的。IGBT元件直接串联高压变频器在同等工况多节能>5%以上，在更高效的节能设备运用若干年后产生的效益，也是很可观的。
以2000kW 的高压变频器为例，仅变压器的自损耗一年就达360 天×24h×100kW×0.5 元/KW·h=360000 元。
4.5 输入输出谐波含量符合国家标准
多重化被称为“完美无谐波”，是外国某公司营销技术名词，以为中国人对变频技术的不了解，用输入端满载谐波含量作误导宣传，以概念混淆，偷梁换柱的说法。事实上，变频器产生的谐波应严格分为两个部份即：1.输入端谐波含量指标，指对电网产生的骚扰作用。2. .输出端谐波含量指标，指对电动机产生的运转脉动性、温升、绝缘老化、升化轴承疲劳的副作用。实际上人们都知道变压器本身在作隔离功能的同时将产生新的谐波源，就完全正弦的工频变压器都存在的励磁谐波，那整流叠加的的变压器怎能““完美”“无”谐波”。谐波还是有的，可说：输入端谐波含量低，符合标准。事实上“GB/T14549-93，电能质量，公用电网谐波”和GB/T12668.4高压变频器标准中的输入谐波含量指标许多高压变频都可达标到。单元串联多重化是在输出端建立在120方波的基础上，变频器在额定频率，额定重负载时其波形较好，谐波含量较低。在低频段或轻负载时波形畸变大，输出三相电压非对称性频摆加大，电机磁链脉动增大，电机中性点与变频器中性点出现电位差，谐波剧增。变频器往往是用于低于工频下作节能运行的，这对电机寿命是极为不利的。外国某公司高压
变频器在中国的初期应用中都须更换由他们生产的专用电机。现在随着中国高压变频器的市场转向用户定向国产化竞争机制，在电机寿命用户无能认识条件下，也就不更换专用电机了。这表明单元串联多重化变频器的输出谐波严重性。
三电平在输出电压较低时，实际上也相当于二电平的电压波形，其11、13、17 次谐波含量仍很高，谐波电流仍很大。若不加滤波器，还只能用供应商的专用电动机，且其输出电压只能达4200V，实际上是在后面加上了升压变压器才能达到。
IGBT直接串联高压变频器在输入端加了采用无源校正技术，这种技术能对基波进行相移补偿或抑制某些指定的谐波。具体方法是在输入端增加无源元件，以补偿滤波电容的输入电流。在输入回路中串入电感器，以限制输入电流的上升速度，延长整流管导通时间，功率因数可以提高到0.9以上。谐波都被转移到调制频率附近。使得输入端谐波含量THD指标完全符合国家标准。在输出端采用了电压正弦波整形器，将高压变频器输出的PWM电压波形整形为和电网电压一样的标准正弦电压波形。无论变频器工作在高频段还是低频段和电机负载工作在重载或轻载条件中时波形都不变。并在输出端设有获得世界的“抗共模专利”技术的共模电压治理器。成为惟有一种解决了高压EMC问题的高压变频器。其输出端谐波含量指标完全符合国际标准。
4.6世界惟一能用于任何电机负载性质的IGBT通用高压变频器
高效JCS系列高压变频器由于无输入、无输出主变压器和内含国际技术水平的高度，是在目前的高压变频器中一种无以伦比合理的高效、高质量性价比产品。其通用性：
用于风机、水泵变工况调速节能应用；
用于位势负载应用。例如起重机，提升机，电梯、皮带机等；
用于对转角，位移做精确控制。如轧机；
用于恒转矩的通用机械传动系统；
五、结束语
综上所述，可说在高压电动机变频调速应用领域中，体现了科技研究人员为人类社会发展，促进科学技术的飞跃，设计出了种种高压变频器，在一定时期的推广应用，作出了历史科学的重大贡献。历史科学在随科学社会的进步将被新科学、新技术更新或替代，是社会发展的必然规律。任何新技术都有一个从认识、认同、发展的必然过程。从上述常见高压变频器电气方案的分析中，电流型、高低高、三电平技术方案高压变频器在选用时值得慎重考虑。单元串联叠加多电平技术高压变频器，在一定的时期范围可有应用价值。IGBT元件直接串联高压变频器（通用高压变频器）无输入、无输出主变压器和内含国际技术水平的高度，是在目前的高压变频器中一种无以伦比合理的质量性价比产品。优其高控制技术获得通用性和具有纯国家知识产权的巨型电力电子装置，是民族的智慧和强大。JCS高压变频器是曾获得国内同行知明权威专家们的认同、支持、帮助的纯国产高新技术产品。值得全面推广应用的前景。JCS 高压变频器还应不断充实新技术，升化品质才具有的可持续长远发展。
参考文献
[1] 张永惠. 高压变频器的选择[J]. 变频器世界,1999,(6).
[2] 吴忠智，吴加林中高压大功率变频器应用手册北京：机械工业出版社，2003.
作者简介：吴加强（1955-）男成都佳灵电气制造有限公司前任总工程师，现为技
术咨询师。从事变流技术研究、产品开发、技术管理工作20多年。在97
年就曾主管过该公司单元串联多电平产品的开发平台。承担过低、中、高
压变频器，行业专用变频器，变频电源，非标产品等数百种变流技术产品
开发工作。
高压变频器工作原理 高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：n= （1 —s）60f/p=no X （1 一 s）（P：电机极对数；f：电机运行频率;s:滑差）从式中看出，电机的同步转速n。正比于电机的运行频率（n。=60fp）,由于滑差s—般情况下比较小（0?0. 05）,电机的实际转速n约等于电机的同步转速n。，所以调节了电机的供电频率f, 就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。 变频器本身由变压器柜、功率柜、控制柜三部分组成。三相高压电经高压开关柜进入，经输入降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电，功率单元分为三组，一组为一相，每相的功率单元的输出首尾相串。主控制柜屮的控制单元通过光纤时对功率柜屮的每一功率单元进行整流、逆变控制与检测，这样根据实际需要通过操作界面进行频率的给定，控制单元把控制信息发送到功率单元进行相应得整流、逆变调整，输出满足负荷需求的电压等级。 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PWM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
高压变频器的工作原理和常见故障分析贾瑟 摘要：随着现代科学技术的迅速发展，大量的发电企业正在使用着高压变频器。高压变频器在使用过程中具有显著的节能效果，但也存在一定的潜在安全隐患， 可能会对发电企业的生产活动造成严重影响。基于此，本文先对高压变频器工作 原理进行具体的分析，然后对高压变频器在运行中常见的故障及原因进深入的探讨，以供相关的工作人员参考，希望能给我国发电企业的发展带来一定的贡献。 关键词：高压变频器；工作原理；常见故障；分析 采用交流变频器调速技术对交流电机进行调速，具有节电效果好、调速方便、保护功能完善、组态灵活、可靠性强等很多优点。由于交流变频调速技术的众多 优越性，在发电领域也得到了非常广泛的应用，对电厂内的风机、水泵等大功率 耗能设备实现高压变频器调速改造，已成为公认的节能方案。随着变频器应用范 围的扩大，检修维护工作中遇到的问题也越来越多。因此，本文对此进行分析。 1高压变频器工作原理 高压变频器一般采用目前国际流行的功率单元串联多电平技术，系统为高-高 结构。高压电直接输入变频器，经过变频器内部功率系统整流、逆变后，变频器 直接高压输出至电机，不需要升压变压器等部件。每个功率单元都是一台三相输入、单相输出的脉宽调制型低压变频器，技术可靠，结构和性能完全一致，极大 的提高了高压变频器的可靠性与维护性；采用叠波技术，最大限度的消除了高压 变频器输出电压中的谐波含量，电压波形接近于标准的正弦波，大大改善了变频 器的输出性能，是真正的“无谐波”高压变频器。 变频器一般由以下几个部分组成：制动单元、微处理单元、滤波、整流、逆变、检测单元以及驱动单元等等。它能够按照电动机的具体需求为其提供所需的 电源电压，从而实现调速和节能。此外，大部分变频器都具备多种保护功能，如 过载保护、过电压保护以及过电流保护等。 对于不同电压等级的高压变频系统，一般采用每相5～8个功率单元串联方案。通过主电路图，可以更加直观的了解变压器的副边绕组与功率单元以及各功率单 元之间的电路连接方式：具有相同标号的3组副边绕组，分别向同一功率柜（同 一级）内的三个功率单元供电。第一级内每个功率单元的一个输出端连接在一起 形成星型连接点，另一个输出端则与下一级功率单元的输出端相连，依此方式， 将同一相的所有功率单元串联在一起，便形成了一个星型连接的三相高压电源， 驱动电动机运行。当电网电压为6kV时，变压器的副边输出电压即功率单元的输 入电压为690V，每个功率单元的最高输出电压也为690V，同一相的五个单元串 联后，相电压为690V×5=3450V，由于三相连接成星型，那么线电压便等于 1.732×3450V≈6000V，达到电网电压的水平。功率单元串联后得到的是阶梯正弦 的PWM波形，PWM控制，脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要形状和幅值的波形，这种波形正弦度好，du/dt小，可 减少对电机和电缆的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电 动机也不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗也大 大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和传动部分的机械应力。 通过本相上的5（8）个功率单元输出的SPWM波相叠加后，可得到正弦波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，即使在低速下也能保持很好的波形。电机的谐波
如对你有帮助，请购买下载打赏，谢谢！ 安邦信AM300变频器供水参数表 F0.04=1 端子COM 与X1短接启动变频器 F0.02=30 加速时间 如启动过程中出现过流报警现象请加大此值 F0.03=30 减速时间 F0.05=5 PID 控制设定 闭环控制 F0.07=50 上限频率 F0.08=30 下限频率 F3.05=1 停机方式选择 自由停车 F4.00=1 P 型机 F9.01= 键盘预置PID 给定 压力设定（100%对应压力表满量程）1Mpa （10 公斤）压力设定值40，则设定压力为4公斤 F0.12=1 恢复出厂设置 压力表判断方法： 用万用表欧姆档分别量压力表两端的阻值，其中阻值最大的一次万用表两表笔分别接的高端和低端，另一端为中端，与中端阻值大的一端为高端，另一端为低端。 安邦信G7-P7系列变频器供水参数表 F9= 给定压力值（0—50对应压力表压力） F10= 1：外部端子0（本机监视） 3：外部端子1（远程监视） F11=0 本机键盘/远控键盘 F16=50 上限频率 F17= 下限频率，休眠启动模式下为休眠频率 F28=30 加速时间 F29=30 减速时间 F74=1 自由停车 F76= 运行监视功能选择 0：C00输出频率/PID 反馈 1：C01参考频率/PID 给定 6：C06机械速度（PID 模式下变频器输出频率） F80=1 PID 闭环模式有效 F87=4 比例P 增益 F88=0.2积分时间常数Ti F114= 休眠时间，10秒，0表示休眠关闭 F115= 唤醒频率，唤醒压力，此值要低于给定的压力值（小于F9）。需根据现场情况自行调整 F116= 0：G 型机 1：P 型机 F66=1 恢复出厂设置 压力表判断方法： 用万用表欧姆档分别量压力表两端的阻值，其中阻值最大的一次万用表两表笔分别接的高端和低端，另一端为中端，与中端阻值大的一端为高端，另一端为低端。 调试 在试运行时，可以先通过操作面板的上下键调一个比较小的值，比如10.0，然后通过端子运行，等压力稳定了，看变频器的运行情况，等运行正常后，看着远传压力表，这时候根据所需要的压力通过调节操作面板的上下键调节；调到所需要的压力；若压力不稳定，可通过调节参数F87（PID 的比例增益），参数F88（PID 的积分）使压力趋于稳定； 1、休眠功能的调试 1．1、进入休眠功能的调试：将变频器的压力设定值调到所需要的设定值，再把参数F76调成6，让变频器运行，在没有用户用水的情况下，看变频器的运行频率，把看到的频率值再给上稍微加个几HZ(如2HZ)设定到F17下限频率中；当变频器的运行频率小于下限频率时，再经过时间F114的延时，变频器进入休眠状态； 1．2、进入唤醒功能的调试：将变频器的压力设定值调到所需要的设定值，再把参数F76调成0，让变频器运行，看变频器的反馈压力值，把看到的反馈值再给稍微减去个点儿(如2)设定到F115唤醒压力中；当实际压力小于F115唤醒压力时，变频器进入运行状态； 欧陆EV500变频器PID 供水参数 参数设置： P0.00 设为1 P 机型 P0.02 面板运行时设为0，端子运行时设为1 P0.04 设为20 加速时间（根据机型设定）(秒) P0.05 设为20 减速时间（根据机型设定）（秒） P0.10 设为20 最小频率（Hz ） P0.11 设为50 最大频率（Hz ） P1.05 设为1 自由停止 P6.00 设为 1 PID 控制 P6.01 设为2 比例，积分控制 P6.02 设为 1 压力设定通道 1面板数字设定 P6.03 设为0 反馈通道选择 V1（0-10V ） P6.07 设为0.5 比例增益 P6.08 设为 1 积分时间常数 P6.15 设为0—F6.16 PID 睡眠频率 P6.16 设为F6.16—最大频率 PID 苏醒频率（设置范围为0-100压力百分数。例如，压力设定值d-08设为30，P6.16设为25，假设远程压力表为10公斤，则当压力降为2.5公斤时变频器苏醒） P6.18 设为 30 预置频率，开始运行频率（Hz ） P6.19 设为 10 预置频率运行时间（秒）（本变频器为使系统快速达到稳定状态，避免对管网的冲击，可先预置30 Hz 运行，10秒钟后在闭环运行） d-08 设定压力值（此值为百分比形式，例：压力表量程为1Mpa(10公斤)，如果想设定压力为3公斤，则此值应设为30） P0.13 1初始化动作 压力表判断方法： 用万用表欧姆档分别量压力表两端的阻值，其中阻值最大的一次万用表两表笔分别接的高端和低端，另一端为中端，与中端阻值大的一端为高端，另一端为低端。 日业SY3200供水参数 0017 PI 控制反馈值 0100=1 端子FWD 与COM 短接启动变频器 运行命令选择 0105=30 加速时间，如启动过程中出现过流报警现象请加大此值 0106=30 减速时间 0107=50 上限频率 （0211=1 停电后电压恢复后再自动启动） （0212=0.0 允许停电的最大时间） 0216=1 自由停止 变频器停止方式 0500=1 PID 闭环控制 0501=0 PI 调节误差极性（正极性，反馈值减小，PI 输出频率增加） 0502=0 PI 给定信号选择（数字给定） 0503= PI 数字给定值（0.0-100.0%） 压力设定（100%对应压力表满量程）1.0Mpa （10公斤）压力表设定值为40，则设定压力为4公斤 0504=2 PI 反馈信号（外部VF ） 0506=0.4 比例增益P 0507=6 积分增益TI 0509= PI 调节最小运行频率 1017 睡眠延时 0.0—600.0S 0.1S 0.0S 1018 唤醒差值 0.0—10.0% 0.1% 10.0% 1000 22恢复出厂值设定 压力表判断方法： 用万用表欧姆档分别量压力表两端的阻值，其中阻值最大的一次万用表两表笔分别接的高端和低端，另一端为中端，与中端阻值大的一端为高端，另一端为低端。 三肯变频器IPF （同SPF ）恒压供水参数(一拖一) 1=2 外部端子信号操作面板 7=50 上限频率 8=15 下限频率 55=50 增益频率 71=3 内置PID 控制模式 120=1 122=1 PID 控制比例增益 123=0.5 PID 控制积分增益
高压变频器市场情况分析报告 一、高压变频器产品市场概述 高压变频器技术的发展历史较短。在中国，90年代后期高压变频器才开始在电力、冶金等少数行业得到应用，由于产品和技术都由国外厂商垄断，价格高昂，而且进口产品对我国电力运行环境的适应性较差，行业发展缓慢。2000年以后，国内企业的高压变频器技术和生产制造工艺得到了大幅提高，产品运行的稳定性和可靠性显著提升，产品生产成本也大幅下降，高压变频器行业开始进入快速发展时期，行业应用领域被大幅拓宽。 高压变频器总体竞争形势而言，目前仍然是国外品牌垄断高端市场，主要由西门子、ABB、日本三菱垄断，包括炼钢高炉等场合应用的超大功率（8000KW 以上）变频器，轧钢机、机车牵引等应用的特种变频器等，而中小容量产品的低端产品则是国产品牌占据优势。虽然国内品牌在高端市场的影响力及技术水平方面与国外品牌有一定差距，但以利德华福、合康变频为代表的领先品牌已不再满足于产品应用局限于中低端市场的情况，开始向大功率、超大功率等高端应用市场的进军。例如在2008 年11 月份，广州智光电气公司推出的7 000kV A级超大功率高压变频调速系统，将打破高压大功率变频调速系统长期被国外品牌“一统天下”的格局。该设备已通过国家电控配电设备质量监督检验中心检验，这意味着我国高压变频器市场将告别被外国品牌垄断的时代。且随着国内厂家的技术进步和质量稳定性的提升，加上服务和价格方面的优势，预计未来几年高端产品被国外厂家垄断的市场局面将有所改观。 国外高压变频器的技术开发起步早，目前各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特点。目前，在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。 二、中国高压变频器预计市场规模 根据中国电机系统节能项目组在所著的“中国电机系统能源效率与市场潜力分析”中对于1999年中国分行业用电量与电动机装机容量和耗电量的详细调查分析，中国用电设备的总容量为3.73亿kW，其耗电量为9800亿kW时，占当年全国总用电量的81%；其中由电动机拖动的设备总容量为1.83亿kW，其耗电
高压变频器的工作原理与性能特点 一、高压变频器的基本构成： 1、高压变频器的构成：内部是由十八个相同的单元模块构成，每六个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移相切分变压器进行供电。（原理图） 2、功率单元构成：功率单元是一种单相桥式变换器，由输入切分变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT 以PWM方法进行控制，产生设定的频率波形。变频器中所有的功率单元，电路的拓扑结构相同，实行模块化的设计。其控制通过光纤发送。来自主控制器的控制光信号，经光/电转换，送到控制信号处理器，由控制电路处理器接收到相应的指令后，发出相应设的IGBT的驱动信号，驱动电路接到相应的驱动信号后，发出相应的驱动电压送到IGBT控制极，操作IGBT关断和开通，输出相应波形。功率单元中的状态信息将被收集到应答信号电路中进行处理，集中后经电/光转换器变换，以光信号向主控制器发送。 二、高压变频器运行原理：高压变频器的每个功率单元相当于一个三电平的二相输出的低压变频器，通过叠加成为高压三相交流电，变频器中点与电动机中性点不连接，变频器输出实际上为线电压，由A相和B相输出电压产生的UAB输出线电压可达6000V，为25阶梯波。如下图所示，为输出的线电压和相电压的阶梯波形，UAB不仅具有正弦波形而且台阶数也成倍增加，因而谐波成分及dV/dt均较小。 三、多电平单元串联叠加高压变频器在运行后，将输入的工频的三相高压交流电转化为可以进行频率可调节的三相交流电，其电压和频率按照V/F的设定进行相应的调节，保持电机在不同的频率下运行，而定子磁心中的主磁通保持在额定水准，提高电机的转换效率。在变频器输入侧，由于变频器多个副边绕组的均匀位移，如6KV输出时共有+250、+150、+50、-50、-150、-250共6种绕组，变频器原边电流中对应的电流成分也相互均匀位移，构成等效36脉动整流线路，变流转换产生的谐波都相互抵消，湮灭。工作时的功率因数达0.95以上，不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置，也不会与现有的补偿电容装置发生谐振，对同一电网上运行的电气设备没有任何干扰。 四、高压变频器的性能特点： 1、应用范围：调速范转宽，可以从零转速到工频转速的范围内进行平滑调节。在大电机上能实现小电流的软启动，启动时间和启动的方式可以根据现场工况进行调整。频率的调整是根据电机在低频下的压频比系数进行电压和频率的输出，在低转速下，电机不仅是发热量低，而且输入电压低，将使电机绝缘老化速度降低。 2、技术新颖串联多重化叠加技术的应用实现了真正意义的高-高电力变换，无需降压升压变换，降低了装置的损耗，提高了可靠性，解决了高压电力变换的困难。串联多重化叠加技术的应用还为实现纯正弦波、消除电网谐波污染开辟了崭新的途径。 移相变压器 移相变压器是单元串联型多电平高压大功率变频器中的关键部件之一。 用低压电力电子元件做高压变频器通常有两种方法：一是用低压元件直接串联，另一种方法是用独立的 率变频器的主流。 以6kV变频器为例： 它的每相由6个独立的、额定电压为Ve=577V（峰值为816V）的低压功率单元串联而成，输出相电压为3464V线电压可达6000V左右。每个功率单元承受全部输出电流但只提供1/6相电压和1/18的输出功率。每个功率单元分别由变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间以及变压器二次绕组之间相互绝缘。 很明显移相变压器在该变频器中起了两个关键的作用：一是电气隔离作用才能使各个变频功率单元相互独立从而实现电压迭加串联，二是移相接法可以有效地消除35次以下的谐波。（理论上可以消除6n-1次以下的谐波, n为单元级数）
中国中低压变频器产品市场综述 近几年国内中、低压变频器生产企业逐年增加，国内品牌的市场份额已经达到20％左右。总体来看，内资品牌与国际西门子、ABB等国际知名品牌相比，技术上还有一定差距，主要表现在产品的可靠性偏低，产品规格也不够齐全。 本章将从市场容量和潜在容量、销售渠道、竞争格局、中外品牌对比等几个方面，在本次市场调研和前人工作的基础上，简要总结和分析我国中、低压变频器市场的现状和竞争格局。 第一节中国中低压变频器产品市场容量及潜在容量 1988年日本三垦公司的第一台低压变频器进入中国，使我国的电机调速从直流调速开始进入了交流变频调速时代。到20世纪90年代初，越来越多的国内企业认识到变频器的作用并尝试使用，国外的变频器产品大量涌进中国的市场。1996年，国家原机械部等四部委推荐国产29个厂家33个规格的变频器，但由于我国工业基础较差，由于制造工艺落后及资金实力不足等原因，难以和国外知名品牌抗衡。 据统计，1993年我国变频器市场容量不足4亿元，到1999年已达到28亿元之巨，其市场增长速度可见一斑。期间，内资品牌也在学习中不断进步、成长。较早进入该市场的国内品牌有烟台惠丰、四川佳灵、华为安圣等。 进入新世纪以来我国中、低压变频器行业继续迅速发展。从2000年至今，我国中、低压变频器市场平均年销量增长率超过20%（约25％左右）。根据2007年9月份慧聪行业研究院第三研究所对我国中、低压变频器市场的调研，其中包括对主要变频器生产企业的探访，工商数据，慧聪网“科信杯”2006中国变频器十大品牌及风云人物评选活动资料积累，以及相关期刊论文，2006年我国中、低压变频器的市场容量约为83亿元，占当年国内变频器市场总容量的80％以上；其中中压变频器部分为8.9亿元。 虽然我国正从粗放型经济向集约型经济转变，但整体看，我国仍是个能耗大国。据业内专家分析，我国电动机总装机容量约为5.8亿千瓦，占全国总耗电量的60%至70%。其中，交流电动机占90%左右，即5.22亿千瓦，但目前只有约5000万千瓦的电动机是带变频控制的，配置率不到10%。实际上交流电动机
一、概述 高压变频器调速系统是将变频调速技术应用于大功率高压电机调速的一种电力换流装置，是国家大型设备节能技术改造及建设推广项目，应用范围广泛，应用高压变频调速器能大幅度降低电机的电耗，其节能效果一般在30%以上，具有明显的节能与环保效益，对提高企业的能源利用率，延长设备的使用寿命，减少设备运行费用与设备维护费用，确保用户的用电质量与用电可靠性，能起到极大的促进作用。在社会积极倡导各行业节能、减排的今天，甲方同时也做出积极地响应。甲方对现场控制对象（高惯量风机）提出的高性能控制装置高压变频器无疑就是其中的一例。根据现场使用情况、工艺要求，利用选用优良的大功率、高电压变频控制装置，不但可以调节电机的转速、转矩充分发挥其电气机械特性，而且可以更大程度上为钢厂、社会节能同时能够获得的更大的经济效益。本系统方案就是给现场高惯量风机选择一款综合性能较好的高压变频器。 二、被控设备基本参数、工作环境、电网情况 1、风机： 型号：Y5-2*48N026.5F 流量：700000m3/h 转速：965r/min 转动惯量：23000kg/m3 2、驱动电机： 型号：YBPK710-6 额定功率：2240KW 额定电压：6KV 额定电流：261A 变频运行：电动机Y型接法效率：96.0% 功率因素：0.86 绝缘等级：F 3、设备现场环境情况： 温度：0-40℃湿度：≤95%，不凝露 4、10KV电网情况 额定电压：10KV 正常电压波动范围：+/-10% 额定频率：50HZ 频率变化范围：+/-10% 三、高压变频器控制方案及选择 交流变频调速技术是现代化电气传动的主要发展方向之一，它不仅调速性能优越，而且节能效果良好。实践证明，驱动风机、水泵的大、中型笼型感应电动机，采用交流变频调速技术，节能效果显著，控制水平也大为提高。目前，变频调速技术已广泛应用于低压（380V）电动机，但在中压（3000V以上）电动机上却一直没有得到广泛应用，造成这种情况的主要原因是目前在低压变频器中广泛应用的功率电子器件均为电压型器件，耐压值基本都在1200-1800V，研制高压变频器难度较大，为了攻克这一技术难题，国内外许多科研机构及大公司都倾注大量人力物力进行研究，工业发达国家高压变频器技术已趋于成熟，国外几家著名电器公司都有高压大容量变频器产品，典型的如美国A-B（罗克韦尔自动化公司所属品牌）、欧洲的西门子公司、ABB 公司等。这些公司产品的电压一般为3-10kv，容量从250-4000kw，所采用的控制方式、变流方式及其他方面的关键技术也有很大差别。 A-B 从1990 年研制成功并开始投入商业运行的变频器主要采CSI-PWM技术，即电流源逆变-脉宽调制型变频器，采用电流开关器件，无需升降压变压器即可以直接输出6KV 电压，分强制风冷和水冷型，功率从300 到18000 马力，至今已经应用于多个行业上千台应用记录。是最有影响力，最为广泛接受的中压变频技术。美国罗宾康公司采用大量低压电压型开关器件，配合特殊设计的多脉冲多次级抽头输出隔离整流变压器，同样能够实现输出端直接6 千伏输出，由于是大量低压元件串接，故被称之为多极化电压性解决方案。西门子公司和ABB 公司分别采用中压IGBT 和IGCT 器件，是典型的电压型变频器。器件耐压等级为4160/3300V，直接输出电压最高达3300V。所以国内也有将此种方案称为高中方案，对应的将6KV-6KV（如A-B 方案）称为高高方案。中压变频器的发展和广泛应用是最近十几年的事情，相比之下低压变频器的应用却已经有超过二十年的时间。在中压变频器大面积推广应用之前，也出现了另外一种方案。即采用升降压变压器的“高-低-高”式变频器，
高压变频器原理及应用 1、引言电机是工业生产中主要的耗电设备，高压大功率电动机的应用更为突出，而这些设备大部分都存在很大的节能潜力。所以大力发展高压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性。 目前，随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。其应用领域和围也越来越为广，这为工矿企业高效、合理地利用能源（尤其是电能）提供了技术先决条件。 2、几种常用高压变频器的主电路分析 (1)单元串联多重化电压源型高压变频器。单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联，弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。但其存在以下缺点： a)使用的功率单元及功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管，60只IGBT)，装置的体积太大，重量大，安装位置和基建投资成问题； b)所需高压电缆太多，系统的阻无形中增大，接线太多，故障点相应的增多； c)一个单元损坏时，单元可旁路，但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的，造成电压、电流不平衡，从而谐波也相应的增大，勉强运行时终究会导致电动机的损坏； d)输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出； e)输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出； f)由于系统中存在着变压器，系统效率再提高不容易实现;移相变压器中，6kV三相6绕组×3(10kV时需12绕组×3)延边三角形接法，在三相电压不平衡(实际上三相电压是不可能绝对平衡的)时，产生的部环流，必将引起阻的增加和电流的损耗，也相应的就造成了变压器的铜损增大。此时，再加上变压器的铁芯的固有损耗，变压器的效率就会降低，也就影响了整个高压变频器的效率。这种情况在越低于额定负荷运行时，越是显著。10kV时，变压器有近400个接头、近百根电缆。在额定负荷时效率可达96%，但在轻负荷时，效率低于90%。 (2)中性点钳位三电平PWM变频器。该系列变频器采用传统的电压型变频器结构。中性点钳位三电平PWM变频器的逆变部分采用传统的三电平方式，所以输出波形中会不可避免地
摘要：介绍四象限运行高压变频器的矢量控制原理，在煤矿副井绞车中的运用，改造。以及节能等效果 关键词：高压变频器煤矿运用 一、概述 目前矿用交流提升机普遍使用绕线式电机转子串电阻调速控制系统。在减速和重物下放时能量通过转子电阻释放，能量不能回馈回电网，随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。HIVERT-YVF06/077大功率变频器是北京合康亿盛科技有限公司研发和生产的高压交流电机调速驱动装置。该变频器采用了先进成熟的低压变频技术，以及功率单元串联叠波、矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术等。 二、矢量控制原理 HIVERT-YVF采用转子带速度反馈的矢量控制技术。在转子磁场定位坐标下电机定子电流分解成励磁电流与转矩电流。维持励磁电流不变，控制转矩电流也就控制电机转矩。电机转速采用闭环控制。实际运行中给定转速与实际转速的差值通过PID调节生成转矩电流IT。经过矢量变换将IT、IM变换为电机三相给定电流Ia*、Ib*、Ic*，它们与电机运行电流相比较生成三相驱动信号。控制原理框图如图1 图1 控制原理图 1、主回路 HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。
图2 HIVERT-YVF06/077高压变频器6kV系列主电路图 主隔离变压器原边为Y型接法，直接与高压相接。组数量依变频器电压等级及结构而定，6kV系列为18，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，对6KV而言相当于36脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。 变频器输出是580VAC功率单元六个串联时产生3450V相电压，线电压6000V，输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。 图3为6kV六单元变频器输出的Uab线电压波形实录图，图4即为输出电流Ia的实录波形图，峰值电流130A。
高压变频器工作原理 摘要：近几年来乌鲁木齐市经济快速发展，城市化进程加快，居民住房面积不断增长，随之而来的是供热面积的不断增加。我单位作为本市主要的供暖企业之一，面对不断增长的供热面积，也在不断进行技术改造，提升自身供热能力。现就对我单位高压循环泵电机使用的高压变频器的工作原理做一介绍。 关键词：移相变压器；功率单元；控制器 1.概述 高压变频调速系统，主要应用于风机、泵类等通过调速控制大量节能的场合。具有： （1）高可靠性：采用高—高电压源型变频调速系统，直接高压输入，直接高压输出，无需输出变压器。 （2）高质量的功率输入、输出：输入功率因数高，输入谐波少，无需功率因数补偿/谐波抑制装置。 （3）完善、简易的功能参数设定：完整的通用参数设定功能（频率给定、运行方式设定、控制方式、自动调度等）。 2.工作原理 高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：n=（1一s）60f/p=n。×（1一s）（P：电机极对数；f：电机运行频率；s：滑差）从式中看出，电机的同步转速n。正比于电机的运行频率（n。=60f/p），由于滑差s一般情况下比较小（0～0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n。所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。 变频器本身由变压器柜、功率柜、控制柜三部分组成。三相高压电经高压开关柜进入，经输入降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电，功率单元分为三组，一组为一相，每相的功率单元的输出首尾相串。主控制柜中的控制单元通过光纤对功率柜中的每一功率单元进行整流、逆变控制与检测，这样根据实际需要通过操作界面进行频率的给定，控制单元把控制信息发送到功率单元进行相应的整流、逆变调整，输出满足负荷需求的电压等级。 3.构成
《变频技术》课程教学大纲 一.课程说明 本课程的配套教材是高职高专规划教材《变频器原理及应用》，本书内容主要包括：电力电子器件简介，变频器的基本组成原理，电动机变频调速机械特性，变频器的控制方式，变频调速系统主要电器的选用，变频器的操作、运行、安装、调试、维护及抗干扰，变频器在风机、水泵、中央空调、空气压缩机、提升机等方面的应用实例等。 二、前续课程 电子技术，电机与拖动基础，自动控制系统，PLC编程控制，单片机原理与应用等。 三、学时分配 总学时为64学时，包括：理论课时48学时、实验课时16学时 四、理论课程内容：（48学时） 第1章：概述 1.1变频技术的发展 1.2变频器的基本类型 1.3变频器的应用 第2章：电力电子器件 2.1 电力二极管（PD） 2.2 晶闸管（SCR） 2.3 门极可关断（GTO）晶闸管 2.4 电力晶体管（GTR） 2.5 电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET） 2.6 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 2.7 MOS控制晶闸管（MCT） 2.8 静电感应晶体管（SIT） 2.9 集成门极换流晶闸管（IGCT） 2.10 智能功率模块（IPM） 第3章：交—直—交变频技术 3.1 整流电路 3.2 中间电路 3.3 逆变电路的工作原理及基本形式 3.4 电压型逆变电路 3.5 电流型逆变电路 3.6 SPWM控制技术 3.7 电流跟踪控制的PWM逆变器
3.8 电压空间矢量控制的PWM逆变器 第4章：交—交变频技术 4.1 单相输出交—交变频电路 4.2 三相输出交—交变频电路 4.3 矩形波交—交变频 第5章：电动机与拖动系统（系统简述）第6章：高（中）压变频器 6.1 高（中）压变频器概述 6.2 高（中）压变频器主电路结构 第7章：变频器的控制方式 7.1 U/f控制 7.2 转差频率控制（SF控制） 7.3 矢量控制（VC） 7.4 直接转矩控制 7.5 单片机控制 第8章：变频器系统的选择与操作 8.1 变频器的原理框图与接线端子 8.2 变频器的频率参数及预置 8.3 变频器的主要功能及预置 8.4 变频器的选择 8.5 变频调速系统的主电路及电器选择 8.6 变频器系统的控制电路 8.7 变频器的操作与运行 8.8 外接给定电路 8.9 变频器与PLC的连接 8.10 变频器“1控X”切换技术 8.11 变频器与PC的通信 第9章：变频器的安装与维护（简述） 第10章：变频器应用实例 10.1 变频调速技术在风机上的应用 10.2 空气压缩机的变频调速及应用 10.3 变频器在供水系统节能中的应用 10.4 中央空调的变频技术及应用 10.5 中压变频器在潜油电泵中的应用 10.6 矿用提升机变频调速系统
单元串联型高压变频器工作原理是什么故障处理方法有哪些利用变频技术驱动电动机可以实现节能，符合我国有关节能减排的要求和社会需求。为了使变频装置应用在高电压等级、大容量的场合，通常会采用高压大容量的开关器件和多电平的拓扑结构；级联型变流器是一种有很好应用前景的多电平变换器，级联型变频器的具体应用如级联型高压变频器拖动风机、水泵等负载，大多工作在比较重要的场合，在生产或生活中的作用和影响较大，对可靠性要求高，一般要求系统能够连续运转，即使在故障后适当降低容量运行，也不能随时停机。在利用高压变频装置驱动电动机实现节能目标的同时，为了保证系统的可靠性，需要高压变频装置具有一定的容错功能，即在发生器件或者单元故障时，能够自动将其屏蔽，通过调整控制方式，使系统继续运行。 单元串联型高压变频器利用若干低压功率单元串联实现高压输出，这种结构使其具有良好的容错性能；将发生故障的单元屏蔽后，通过一定的故障处理方法，可以使系统继续降低容量运行，保证生产的稳定运行。传统的故障处理方法是采用屏蔽掉故障单元与另外两相中相应的非故障单元，以保持变频器的平衡运行，这样势必会造成非故障单元的浪费，因此对级联型变频器正常工作及故障时处理方法的研究很有必要。本文设计的基于PCI-9846的变频器输出性能测试系统主要针对采用三种不同的故障处理方法时，对单元串联型高压变频器输出电能质量的各项指标进行实时监测和分析，尤其是单元发生故障后，系统输出电压的性能指标，应尽量与故障前保持一致，以减小故障对系统工作的影响。该测试系统利用LabVIEW虚拟仪器软件平台搭建系统主控界面，设计了相应的故障处理方法，可以得到不同故障处理方法时的参考波。在多单元级联型变频器仿真模型上进行测试，通过凌华PCI-9846数字化仪采集三相电压信号后进行分析处理，获得三相线电压的幅值，频率，总谐波含量，三相电压相位等主要性能指标，从而检查控制算法在系统正常运行及带故障运行时的输出情况。 一单元串联型高压变频器结构及工作原理 单元串联型高压变频器采用若干个低压功率单元串联的方式实现直接高压输出，采用的变
MAXF高压变频调速装置原理 2.1主线路结构原理 MAXF高压变频调速装置的主线路由移相整流变压器和逆变功率单元组成。电路结构图如下：移相变压器为一次多绕组的三相变压器，次级绕组之间相互绝缘，每一组次级绕组分别给相应的功率单元供电。移相整流变压器的次级绕组分为三个大绕组，对应功率单元的三相，每一大组内的绕组之间采用延边三角形接法，实现多重化，降低输入电流谐波，每相8组，共24组，相应的共有24个功率单元。移相整流变压器每组次级绕组的输出电压均为690。 功率单元为一三相输入单相输出的交-直-交PWM电压源型逆变器，每相相临功率功率单元的输出端串联，串联后的输出按Y形接法输出，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。以6KV的系统为例，每相由5个单元串联组成，额定输出相电压3460V，线电压6000V，但只输出1/5的相电压和1/15的功率。 变频装置输出采用多电平移相式PWM技术，输出电压非常接近正，功率单元和串联后的输出波形如下图。 输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压的大小，所以小，从输出电压电平数上看，6KV变频器相电压为6电平，线电压为11电平，这有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电动机发热、噪音和转距脉动都大大降低，所以变频器对电动机没有特殊要求，可直接用于普通异步电动机。
与采取高压器件直接的变频器相比，由于不是采用传统的器件串联方式来实现高压输出，而是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。功率单元采用IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。另外，功率单元采用模块化结构，同一变压器内所有的功率单元可以互换，维修也非常方便。 采用单元串联结构以后，整个装置的等效开关频率是单个单元的5倍，而单元的开关频率可以做的更高，从这个角度出发输出的电压的高次谐波含量也相当低。 2.2功率单元的原理 每一套MAXF变频调速装置中的每一个逆变功率单元除了地址以外都是完全一样的。 MAXF高压变频器调速装置功率单元输入三相交流电压为690V左右，输入侧设三相熔丝，然后经三相桥式整流，每个单元有大容量的电力电容滤波，构成电压源型变频装置单元主回路原理图如下： 单元自带微处理器，有多路PWM产生功能，正悬调制波由单元自行产生，由主控统一同步和指挥。单元内部控制部分的供电取自单元的三相输入电压，单元与主控的唯一联络通道是光线，主控通过光纤向单元发送指令和同步信号，单元通过光纤向主控返回单元的测量数据及状态。
高压变频器原理及优点 功率单元串联多电平型高压变频调速系统 多电平型高压变频器是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计，可迅速替换故障模块，采用多个低压的功率单元相互串联的办法实现高压，解决了高压的难题而得名。输入侧的降压变压器采用移相方式，原边Y 形连接，副边采用沿边三角形连接，6kV 系列共18副三相绕组，分别为每台功率单元供电。它们被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有6副三相小绕组，之间均匀相位偏移10度，可有效消除对电网的谐波污染。输出侧采用多电平正弦PWM 技术，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器，可适用于任何电压的普通交流电机。另外，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机时造成的损失。整套变频器共有18个功率单元，每相由6台功率单元相串联，并组成Y 形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。由此可见，单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。 高压电机 高压电源柜高压变频器主控台 控制电源轴编码器接地端 分闸 合闸允许6kVC 6kVB 6kVA 接地端 接地端变频器电流 公共端 公共端 模拟给定 高压就绪 运行指示 故障报警 公共端 公共端 紧急停车 反向启停 正向启停 图1 高压变频调速系统结构图 图2 6kV 和10kV 变频器系列的电压叠加示意图
变频器与PLC 电控硬连接 变频器和PLC 电控采用硬连接：电控把开关量正向起停、反向起停、紧急停机、模拟量频率给定送给变频器，可以控制变频器运行；变频器把开关量运行、故障、就绪、模拟量输出电流、输出频率给电控系统，即可以正常工作。配合如下图所示。 高压电机 高压电源柜 高压变频器主控台 控制电源轴编码器接地端 分闸合闸允许6kVC 6kVB 6kVA 接地端 接地端变频器电流 公共端 公共端 模拟给定 高压就绪 运行指示 故障报警 公共端 公共端 紧急停车 反向启停 正向启停 图3 变频器与PLC 电控硬连接 实施技术方案的优点 ● 启动、制动平稳，不对设备产生冲击，延长设备寿命； ● 制动时，将能量回馈电网，节约能源； ● 低速爬行平稳，定位精度高； ● 降低了运行噪声、发热量及粉尘，改善了值班环境； ● 不需转子电阻及切换柜，减小设备占地空间； ● 自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度； ● 转子串电阻调速和变频器调速互为备用。 采用高压变频器技术先进性 矢量控制是全数字技术的，功率部分采用IGBT 的电压源型交流变频传动装置。它给传动装置带来快速性，更高的精度，更高的可靠性，同时效率也更高。 ● 统一的操作界面：该界面对所有变频器都一样，它们具有统一的操作员
中压变频器的比较和分析 概述：中压变频器的应用越来越广泛，在许多场合产生了严重的谐波污染问题，对于中压变频器而言，我们需要进一步了解其性能和结构特点，尽量避免使用之后带来的一些问题。使用中压变频器后对电网的影响主要有：对电网的谐波污染、功率因数的影响等问题，变频器对电网的影响主要取决于变频器整流电路的结构和特性。对电动机的影响主要表现在：输出谐波引起谐波发热和转矩脉动、输出du/dt、共模电压、噪声等方面，其影响主要取决于逆变电路的结构和特性。 关键词：中压变频器影响电网电动机 1、引言 泰州三水厂新建项目，拟增加一台水泵机组，电机电压6kV，功率900kW，电流105A，采用6kV变频装置控制，考虑选用进口设备。我们就目前国外几家中压变频器厂家推出的具有代表性的产品，Rockwell的PowerFlex7000系列、SIEMENS的SIMOVERT MV系列、ABB的Drive ACS1000中压交流传动系列、ASIRobicon的完美无谐波系列中压变频器，针对它们对电网和电动机产生的影响进行比较，分别从整流器、中间环节、逆变器这三个方面进行比较。 2、整流器的比较 PowerFlex7000系列：如图1所示，无输入变压器，采用SGCT作为功率元件，主要目的是采取电流PWM控制，以改善输入电流波形。每个桥臂3个串联作为一个开关使用，共18个SGCT，串联时存在静态和动态均压问题。前端有输入电抗器、电容组成的LC滤波器，可以得到较低的输入谐波，输入谐波电流失真可达1%以下，电流波形接近于正弦波，其功率因数可调，可以做到接近于1，根据要求，也可调节成超前的功率因数，不需采用功率因数补偿装置，对电网起到部分无功补偿作用。
第三章HIVERT通用高压变频器功能概述 HIVERT通用高压变频器一般由功率单元/控制柜，变压器柜组成，大功率还须配置启动柜。 3.1控制/单元柜 控制/单元柜(简称单元柜)用于安装控制系统、功率单元及其辅助部件，控制/单元柜主要由以下部件构成 ●控制器 ●I/O接口板 ●人机界面（监视器、触摸式按键、按钮、指示灯） ●功率单元 ●功率单元电阻板 ●单元电压检测板 ●控制变压器组件 ●输出电流检测霍尔元件 ●输出电压检测板 ●一次接线室 ●二次接线室 ●除湿器 ●离心冷却风机 ●UPS（可选） 典型单元柜排布图见图3.1。
图3.1典型单元柜排布图
3.1.1控制系统功能描述 HIVERT通用高压变频器控制系统主要由控制器、I/O接口板和人机界面组成，控制系统图如图3.2所示。 控制器由一块主控板、一块信号板、三块光纤板和一块电源板组成，各板之间通过总线底板连接。控制器工作电源由本身电源板提供。控制器外型图如图3.3所示。 主控板采用正弦波空间矢量控制方式产生脉宽调制的三相电压指令,完成对变频器控制的所有功能；通过RS232通讯口与人机界面的监视器进行数据交换。信号板采集变频器的输出电压、电流信号，并将采集到的输出电压、电流模拟信号隔离、滤波和模数转换，提供数据给主控板用于变频器的控制、保护；光纤板与功率单元通过光纤传递数据信号，一块光纤板控制对应的一相单元，光纤板通过光纤周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号和工作模式指令，并接收功率单元状态信号。 HIVERT通用高压变频器控制器连接图如图3.4所示。 输出电流检测 图3.2 HIVERT通用高压变频器控制系统图（10kV）