變頻與傳動——高壓變頻器原理及應(yīng)用

　　圖3.具備能量回饋和四象限運行的IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器主電路圖

　　3.2 IGBT直接串聯(lián)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(guān)鍵技術(shù)

　　(1)高速功率器件的串聯(lián)技術(shù)

　　根據(jù)查新，世界 各國均未生產(chǎn)出IGBT直接串聯(lián)的高壓變頻器。原因正如一些權(quán)威人士所言:“IGBT是不能串聯(lián)的。因為開關(guān)時間短，微秒級，很難保證所有管子串聯(lián)同時開關(guān)。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(lián)。”

　　(2)正弦波技術(shù)

　　高壓電機對變頻器的輸出電壓波形有嚴格的要求，是業(yè)內(nèi)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(yōu)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(yōu)于二電平，今后就是低壓變 頻器也應(yīng)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(yōu)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(lián)的困難，不得已而為之。

　　(3)抗共模電壓技術(shù)

　　僅解決IGBT的串聯(lián)，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(lǐng)域，近年來發(fā)現(xiàn)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(lǐng)域中，共模電壓更是必須解決的關(guān)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(chǎn)生干擾的原因，特別是長線傳輸設(shè)備。無論是電流源還是電壓源變頻器產(chǎn)生共模電壓是必然的。技術(shù)人員根據(jù)共模電壓產(chǎn)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(nèi)部。

　　由于采用了上述三項核心關(guān)鍵技術(shù)，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(yīng)考慮線路電壓補償。如提高電壓或增大導線截面等。

　　4.系統(tǒng)特點：

　　（1）電壓等級為3kV-10kV；

　　（2）系統(tǒng)自帶專門設(shè)計的高壓開關(guān)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(jiān)控、設(shè)定參數(shù)、選擇功能 和調(diào)試;

　　（3）內(nèi)置PLC可編程控制器，易于改變和擴展控制邏輯關(guān)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(tǒng)抗干擾能力強;

　　（5）控制電路通訊方式采用全數(shù)字化通訊;

　　（6）系統(tǒng)的 整流單元、逆變單元設(shè)計，選用組合模塊化積木結(jié)構(gòu)，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(xiàn)遠距離外控，具備完善、方便的操作功能選擇;

　　（8）系統(tǒng)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(tǒng)或工控系統(tǒng)組態(tài)建立整個系統(tǒng)的工作站，進一步提高系統(tǒng)的自動化控制程度，實現(xiàn)整個工控系統(tǒng)的全閉環(huán)監(jiān)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(jiān)測、可靠的故障報警保護功能　　

　　（11）輸入功率因數(shù)高，輸出電壓諧波 含量小，無需功率因數(shù)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(shù)，使系統(tǒng)*模電壓≤1000V，無需再提高電動機的絕緣等級，無需專用電機;