變頻與傳動——高壓變頻器原理及應用

　　圖3.具備能量回饋和四象限運行的IGBT直接串聯高壓變頻器主電路圖

　　3.2 IGBT直接串聯高壓變頻器25Hz、30Hz、40Hz、50Hz電壓、電流輸出波形及諧波圖：

　　3.3 核心關鍵技術

　　(1)高速功率器件的串聯技術

　　根據查新，世界 各國均未生產出IGBT直接串聯的高壓變頻器。原因正如一些權威人士所言:“IGBT是不能串聯的。因為開關時間短，微秒級，很難保證所有管子串聯同時開關。否則有的早開，所有的電壓都來加在晚開的管子上，那么這個1200V的管子加上6000V，只能燒掉，一燒一串，不可能串聯。”

　　(2)正弦波技術

　　高壓電機對變頻器的輸出電壓波形有嚴格的要求，是業內人士都知道的常識。解決變頻器輸出電壓波形，從兩方面著手:一是優化PWM波形;二是研制出特種濾波器。

　　過去一些人認為:“三電平的電壓波形一定優于二電平，今后就是低壓變 頻器也應采用三電平。”，這種說法可能不太全面。三電平的總諧波含量可能低于二電平，但由于三電平的11次、13次諧波含量特別高，處理起來特別困難，而二電平只要波形優化得好，60次以下的諧波皆可大大降低。而對60次以上的諧波濾波自然容易得多。人們使用三電平是為避免器件串聯的困難，不得已而為之。

　　(3)抗共模電壓技術

　　僅解決IGBT的串聯，并不能甩掉輸入變壓器。原因在于共模電壓的存在。在低壓變頻器領域，近年來發現的電機軸承損壞，共模電壓就是影響之一，在高壓變頻器的領域中，共模電壓更是必須解決的關鍵問題之一。共模電壓(也叫零序電壓)，是指電動機定子繞組的中心點和地之間的電壓。

　　共模電壓也是對外產生干擾的原因，特別是長線傳輸設備。無論是電流源還是電壓源變頻器產生共模電壓是必然的。技術人員根據共模電壓產生的機理，采取了“堵和疏”的辦法將共模電壓消滅在變頻器內部。

　　由于采用了上述三項核心關鍵技術，使IGBT直接高 壓變頻器的效率達到98%以上。輸出電壓正弦化、共模電壓最小化。適用于任何異步電機、同步電機，無需降容使用，幾km的長線傳輸也無問題。對于傳輸距離 太長時應考慮線路電壓補償。如提高電壓或增大導線截面等。

　　4.系統特點：

　　（1）電壓等級為3kV-10kV；

　　（2）系統自帶專門設計的高壓開關柜，與本身高壓變頻器高效安全配套，并含變/工頻切換裝 置和電子式真空斷路器;

　　（3）全中文操作界面，基于Windows操作平臺，彩色液晶觸摸屏，便于就地監控、設定參數、選擇功能 和調試;

　　（3）內置PLC可編程控制器，易于改變和擴展控制邏輯關系;

　　（4）高壓主電路與低壓控制電路采 用光纖傳輸，安全隔離，使得系統抗干擾能力強;

　　（5）控制電路通訊方式采用全數字化通訊;

　　（6）系統的 整流單元、逆變單元設計，選用組合模塊化積木結構，整機占地面積小、重量輕，便于安裝、維護;

　　（7）裝置可在本機上操作，也可實 現遠距離外控，具備完善、方便的操作功能選擇;

　　（8）系統具有標準的計算機通訊接口RS232或RS422、RS485，可方便 的與用戶DCS系統或工控系統組態建立整個系統的工作站，進一步提高系統的自動化控制程度，實現整個工控系統的全閉環監控，從而獲得更加完善的、可靠自動化運行;

　　（10）具備全面的故障監測、可靠的故障報警保護功能　　

　　（11）輸入功率因數高，輸出電壓諧波 含量小，無需功率因數補償和諧波抑制器;

　　（12）輸出電壓為標準正弦波形，對電纜和電動機的絕緣無損害，減輕電動機的軸承和葉片 等機械部分震動和磨損，延長電動機的使用壽命，輸出至電動機的線纜長度可達20km;

　　（13）采用獨特的抗共模電壓技術，使系統*模電壓≤1000V，無需再提高電動機的絕緣等級，無需專用電機;