摘要 ：深圳市微能科技有限公司生產(chǎn)的首臺高壓大功率變頻調(diào)速裝置，是采用單元串聯(lián)多電平方式，在吸收前人的技術(shù)經(jīng)驗和優(yōu)點前提下，開發(fā)設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品，是在市場中運行比較成熟的一種技術(shù)方案。 英文摘要 ：ShenZhen Winner S&T CO.,LTD has produced the first high voltage inverters,it is made by cascading units multilevel,it is a kind of more mature technology in modern market. 關(guān)鍵詞： 高壓變頻器 [b]1、引言 [/b] 深圳市微能科技有限公司是擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，年產(chǎn)2萬臺低、中、高壓變頻器的專業(yè)生產(chǎn)廠家，積20余年變頻器設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)驗，制造了首臺6kW、400kW高壓變頻調(diào)速裝置，微能科技充實您的未來。 近幾年，高壓變頻器國內(nèi)生產(chǎn)廠家正在迅速崛起。目前，采用變頻器對交流電機進行變速驅(qū)動在工業(yè)控制上已經(jīng)得到了較多的應(yīng)用。特別是對風機、水泵類平方轉(zhuǎn)矩負載，由于功率是與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此采用調(diào)速控制取代閥門或擋板調(diào)節(jié)流量是最佳的節(jié)能控制方案。 高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，其技術(shù)和性能勝過以往任何一種調(diào)速方式，（如:降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、內(nèi)反饋串極調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等。變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益、高精確的調(diào)速精度，較寬的調(diào)速范圍、完善的電力電子保護功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到用戶和市場的認可。在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面，給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務(wù)，使之成為企業(yè)采用電機節(jié)能方式的首選。 2、幾種高壓變頻調(diào)速方式 高壓大功率變頻器調(diào)速是當代最先進的高壓電機調(diào)速方式，但到目前為止，還沒有象低壓變頻器那樣，有統(tǒng)一的主回路拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)高壓不同的組成方式，高壓變頻器大致可分為以下三種方式: （1） 高－低－高方式 這種高壓變頻器采用變壓器在電機兩端實行輸入降壓，輸出升壓的方式，其實質(zhì)還是低壓變頻器，是一種受到功率器件耐壓等級技術(shù)限制而專門采用的一種變通方式。這種方式主要優(yōu)點是設(shè)備成本低，但缺點非常多，如中間環(huán)節(jié)電流大，系統(tǒng)效率低，輸出波形不好，可靠性差，占地面積大，運行成本增加等。同時功率因數(shù)低，對電網(wǎng)諧波污染大，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已基本淘汰。 （2） 高－高三電平方式 這種高壓變頻器輸入整流電路和逆變電路都采用二級管箝位三電平結(jié)構(gòu)，兩個變流器的中點相連，采用矢量控制方式，可以實現(xiàn)四象限運行，系統(tǒng)動力性能較好，但該三電平電壓源型變頻器存在輸出諧波和dv/dt等問題，一般要設(shè)置輸出濾波器，否則必須使用專用電機。 （3） 單元串聯(lián)多電平方式 這種單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器，使用若干個低壓PWM變頻器串聯(lián)方式實現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有輸入諧波低，輸入功率固數(shù)高，效率高，輸出波形好，逆變單元串聯(lián)多電平變頻器輸入側(cè)從采用多繞組移相變壓器，使輸入電流更接近正弦波，將多電平和多重化結(jié)合在一起。如圖1所示。 [align=left] 評價高壓變頻器的指標主要有成本、可靠性、對電網(wǎng)的諧波污染、輸入功率因數(shù)、輸出諧波、dv/dt、共模電壓，系統(tǒng)功率、能否四象限運行等。對于風機和泵類等一般不需要四象限運行的大功率電動機，單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器在輸入輸出諧波功率和輸入功率因數(shù)等方面有著明顯優(yōu)勢，目前，生產(chǎn)該類高壓變頻器的國內(nèi)廠商主要有北京利德華福、合康億盛、新電創(chuàng)拓和成都東方凱奇等。 3、微能高壓變頻器 微能公司在吸收前人的技術(shù)經(jīng)驗和優(yōu)點，克服前人在實際運行中產(chǎn)生的缺點，正在開發(fā)設(shè)計生產(chǎn)采用單元串聯(lián)多電平PWM電壓型交－直－交，直接高壓變頻器，系統(tǒng)原理見圖1。變頻器采用空間電壓矢量控制的正弦PWM技術(shù)，運用多重化設(shè)計，就是每相的幾個低壓PWM功率單元串聯(lián)起來，功率單元串聯(lián)個數(shù)因輸出電壓不同而異，各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器供電，用高速微處理器實現(xiàn)控制和以光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動，多重化設(shè)計從根本上解決了一般6脈沖和12脈沖變頻器所產(chǎn)生的諧波問題，可實現(xiàn)完美無諧波變頻調(diào)速。 [/align] 圖2為6kW變頻器主電給拓撲圖，每相由5個額定電壓為690V。每個功率單元由輸入隔離變壓器的15個二次繞組分別供電, 15個二次繞組分成5組，每組之間存在一個12°的相位差，圖2中的每個功率單元都是由1GBT構(gòu)成的三相輸入, 單相輸出低壓PWM電壓逆變器, 見圖3。 每個功率單元輸出電壓為1、0、-1三種電平，每組5個單元疊加，就可產(chǎn)生11種不同的電平等級，分別為±5、±4、±3、±2、±1和0。采用功率單元串聯(lián)而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來實現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓問題。每個功率單元承受全部的輸出電流，但都承受1/5的輸出相電壓和1/15的輸出功率。變頻器由于采用多重PWM技術(shù)，由5對依次相移12°的三角載波對基波電壓進行調(diào)制。對A相基波調(diào)制所得的5個信號，分別控制A1～A5，5個功率單元，經(jīng)疊加可得11級階梯電平的相電壓波形，理論上19次以下的諧坡都可以抵消，總的電壓和失真率分別低于1.2%和0.8%，堪稱完美無諧波（HAR）變頻器。它的功率因數(shù)可達0.95以上，不必設(shè)置輸入濾波器和功率因數(shù)補償裝置。每個功率單元的1GBT開關(guān)頻率若為600Hz，則5個功率單元相連時，等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為6kHz。波形的改善除減小諧波外，還可以降低噪聲，dv/dt值和電機轉(zhuǎn)矩脈動，這種主電路拓撲結(jié)構(gòu)雖然使器件數(shù)量增加，但是由于IGBT驅(qū)動功率很低，且不必采用均壓電路，吸收電路和輸出濾波器，可使變頻器的效率高達96%以上。輸入輸出波形如圖4所示（帶6kV，315kW電機）。 4、結(jié)束語 本高壓變頻器有如下特點: 該產(chǎn)品輸入諧波電流小，完全滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93諧波要求; 無需安裝功率因數(shù)補償裝置，功率因數(shù)大于0.97; 無需安裝輸入輸出濾波器，對電機無特殊要求; 系統(tǒng)功率高達96%; 友好的用戶界面; 全中文WINDOWS NT操作平臺，大屏幕真彩液晶顯示，功能參數(shù)設(shè)置快捷方便，并可保存多達16套參數(shù)設(shè)置。自動記錄每次操作及故障，查閱打印輸出記錄報告，實時查看變頻器輸出，輸入波形; 靈活的控制方式; 通過觸摸屏可實現(xiàn)本地控制，可通過內(nèi)置的PLC的I/O實現(xiàn)遠程控制，亦可通過RS485接口規(guī)約與DCS等連接實現(xiàn)上位控制。