高壓變頻器的工作原理與性能特點(diǎn)

　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決，一下小編為大家講述高壓變頻器的工作原理與性能特點(diǎn)。

　　一、高壓變頻器的基本構(gòu)成：

　　1、高壓變頻器的構(gòu)成： 內(nèi)部是由十八個相同的單元模塊構(gòu)成，每六個模塊為一組，分別對應(yīng)高壓回路的三相，單元供電由移相切分變壓器進(jìn)行供電。（原理圖）

　　2、功率單元構(gòu)成： 功率單元是一種單相橋式變換器，由輸入切分變壓器的副邊繞組供電。經(jīng)整流、濾波后由4個IGBT以PWM方法進(jìn)行控制，產(chǎn)生設(shè)定的頻率波形。變頻器中所有的功率單元，電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，實行模塊化的設(shè)計。其控制通過光纖發(fā)送。來自主控制器的控制光信號，經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換，送到控制信號處理器，由控制電路處理器接收到相應(yīng)的指令后，發(fā)出相應(yīng)設(shè)的IGBT的驅(qū)動信號，驅(qū)動電路接到相應(yīng)的驅(qū)動信號后，發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動電壓送到IGBT控制極，操作IGBT關(guān)斷和開通，輸出相應(yīng)波形。功率單元中的狀態(tài)信息將被收集到應(yīng)答信號電路中進(jìn)行處理，集中后經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換器變換，以光信號向主控制器發(fā)送。

　　二、高壓變頻器運(yùn)行原理：

高壓變頻器的每個功率單元相當(dāng)于一個三電平的二相輸出的低壓變頻器，通過疊加成為高壓三相交流電，變頻器中點(diǎn)與電動機(jī)中性點(diǎn)不連接，

　　變頻器輸出實際上為線電壓，由A相和B相輸出電壓產(chǎn)生的UAB輸出線電壓可達(dá)6000V，為25階梯波。如下圖所示，為輸出的線電壓和相電壓的階梯波形，UAB不僅具有正弦波形而且臺階數(shù)也成倍增加，因而諧波成分及dV/dt均較小。

　　三、多電平單元串聯(lián)疊加高壓變頻器在運(yùn)行：

將輸入的工頻的三相高壓交流電轉(zhuǎn)化為可以進(jìn)行頻率可調(diào)節(jié)的三相交流電，其電壓和頻率按照V/F的設(shè)定進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，保持電機(jī)在不同的頻率下運(yùn)行，而定子磁心中的主磁通保持在額定水準(zhǔn)，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率。 在變頻器輸入側(cè)，由于變頻器多個副邊繞組的均勻位移，如6KV輸出時共有+250、+150、+50、-50、-150、-250共6種繞組，變頻器原邊電流中對應(yīng)的電流成分也相互均勻位移，構(gòu)成等效36脈動整流線路，變流轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的諧波都相互抵消，湮滅。工作時的功率因數(shù)達(dá)0.95以上，不需要附加電源濾波器或功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，也不會與現(xiàn)有的補(bǔ)償電容裝置發(fā)生諧振，對同一電網(wǎng)上運(yùn)行的電氣設(shè)備沒有任何干擾。

　　四、高壓變頻器的性能特點(diǎn)：

　　1、應(yīng)用范圍： 調(diào)速范轉(zhuǎn)寬，可以從零轉(zhuǎn)速到工頻轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。 在大電機(jī)上能實現(xiàn)小電流的軟啟動，啟動時間和啟動的方式可以根據(jù)現(xiàn)場工況進(jìn)行調(diào)整。 頻率的調(diào)整是根據(jù)電機(jī)在低頻下的壓頻比系數(shù)進(jìn)行電壓和頻率的輸出，在低轉(zhuǎn)速下，電機(jī)不僅是發(fā)熱量低，而且輸入電壓低，將使電機(jī)絕緣老化速度降低。

　　2、技術(shù)新穎 串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了真正意義的高-高電力變換，無需降壓升壓變換，降低了裝置的損耗，提高了可靠性，解決了高壓電力變換的困難。串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用還為實現(xiàn)純正弦波、消除電網(wǎng)諧波污染開辟了嶄新的途徑。

　　移相變壓器

　　移相變壓器是單元串聯(lián)型多電平高壓大功率變頻器中的關(guān)鍵部件之一。

　　用低壓電力電子元件做高壓變頻器通常有兩種方法：一是用低壓元件直接串聯(lián)，另一種方法是用獨(dú)立的功率單元串聯(lián)，稱為單元串聯(lián)型多電平高壓大功率變頻器。后者因為比前者有更多的優(yōu)點(diǎn)而成為高壓大功率變頻器的主流。

　　以6kV變頻器為例：它的每相由6個獨(dú)立的、額定電壓為Ve=577V（峰值為816V）的低壓功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓為3464V線電壓可達(dá)6000V左右。每個功率單元承受全部輸出電流但只提供1/6相電壓和1/18的輸出功率。每個功率單元分別由變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間以及變壓器二次繞組之間相互絕緣。

　　很明顯移相變壓器在該變頻器中起了兩個關(guān)鍵的作用：一是電氣隔離作用才能使各個變頻功率單元相互獨(dú)立從而實現(xiàn)電壓迭加串聯(lián)，二是移相接法可以有效地消除35次以下的諧波。（理論上可以消除6n-1次以下的諧波, n為單元級數(shù)）