高压变频器基本结构

一． 高压变频器的基本结构

将50HZ （60HZ ）固定6KV （10KV ）电网频率变换成0-50HZ 可调频率的功率变换设备称为变频器，输出3KV/6KV电压的变频器称为高压变频器。变频器一般由三部分组成：整流电路AC-DC ；中间直流环节，滤波和能量储存；逆变器DC-AC 。

二． 工作原理

高压变频器是由多个单元串联而成，上图显示了如何由低压单元叠加达到高压输出目的。

各个功率单元由输入隔离变压器的二次隔离线圈分别供电，额定电压为630V ，每相6个，因此相电压为3780V ，所对应的线电压为6600V ，给功率单元供电的二级线圈互相存在一个相位差，实现输入多重化，由此可消除各单元产生的谐波。

三． 专业的指标数据是衡量产品性能的唯一标准

衡量高压变频器性能的主要指标有：输入对电网的谐波污染；输入的功率因数；输出波形的质量，可靠性等。

1． 输入谐波

高压变频器输入整流环节都为非线形的，会对电网产生谐波，其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数密切相关。

输入谐波对电力系统的影响：如果变频器输入电流谐波较大，对电力系统会影响继电器装置、测量仪器仪表、计算机系统及通信设备的正常工作。谐波会使挂在同一电网的电机、变压器和电容等用电设备损耗增大，严重时会过热或烧毁设备。

输入谐波的数值应该控制在标准之内：IEEE519-1992国际标准；GB/T14549-93国家标准。

图：六脉冲二极管整流电路及输入电流波形

图：12脉冲二极管整流电路及输入电流波形

图：12脉冲晶闸管整流电路及输入电流波形

图：36脉冲整流电路即可输入基本完美的无谐波电流波形

减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流。通过对上面6脉冲二极管、12脉冲二极管、12脉冲晶闸管和36脉冲的输入波形比较，6脉冲可以有效的抵消5次以下的谐波，12脉冲整流可以有效的抵消11次以下的谐波，36脉冲可以有效的抵消35次以下的谐波。在不加滤波器的情况下，完美无谐波变压器的谐波含量控制在2%之内。

2． 输入功率因数

变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节（电压源型或电流源型）有关。

电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度范围内基

本保持不变。

电流型直流环节为大电感，电机需要

的无功电流还需要与电网交换，功率因数

低，且随着电机负载的降低而降低。

从右图的曲线可以看出：完美无谐波

高压变频器的输入功率因数大于0.95。

3． 输出波形质量

频器输出波形质量包括输出谐波、dv/dt、共模电压转矩脉动等指标。变频器输出谐波与变频器逆变器的结构密切相关。变频器输出谐波会引起电机附加发热和转矩脉动，噪音增加，输出dv/dt和共模电压会影响电机的绝缘。

由于应用变频调速很大部分是属于旧有设备的改造，原有的普通电机是设计成为电网直接运行的，而电网电压波形基本为正弦波。如果变频器输出波形质量不好的话，会对电机产生影响，原则上应改成变频电机，价格比普通电机贵很多。

图：完美无谐波变频器输出的电压/电流波形

图：6KV完美无谐波变频器输出的电压和力矩

从上面一系列输出波形可以看出，完美无谐波变频器输出波形与正弦波非常相似，而且dv/dt幅值小，不必设置滤波器就可以使用原有的普通旧国产异步电动机。

4． 可靠性

变频器的可靠性由三个方面决定：变频器的结构；使用的功率器件；外部电源波动对变频器的影响。

完美无谐波高压变频器的可靠性：

主回路简单明了，没有附加的滤波器、输出滤波器、功率因数补偿器、缓冲电路、

升压变压器等附加电路。

采用广泛使用、驱动简单可靠的IGBT 功率器件；IGBT 开关速度快，损耗小，门极

驱动电路简单，倒通压降适当，目前可以做到3300V/1200A。

有内部功率单元旁路技术，在某一个功率单元出现故障时可以在250ms 内被旁路

掉。

5． 电源对完美无谐波变频器

的影响

可承受-30%的电压下降

可承受5个周期的电力丧失

电机还在旋转的情况下可重新

起动

四． 技术参数

右图是大功率水冷完美

无谐波变频器的示意图

大功率水冷完美无谐波变频器的技术参数如下表。 功率范围

设计

输入

输出

输入功率因数

输入电源

频率精度

调速范围

过载

加速时间

减速时间

输出频率

防护等级

环境温度

海拔 2300VAC-13800VAC

，400KW-3000KW 多重化的脉宽调制 额定输出功率时为+10%，-5%，降额输出时可达+10%，-30% 脉宽调制正弦波，0 - 7200VAC 在20 - 100%负载下均能达到0.95 无相序敏感 所有因数下（±0.5%） 0 - 100%连续的 标准110%一分钟，150%（可选择） 0.1 - 3200秒，可调节（依负载而定） 0.1 - 3200秒，可调节（依负载而定） 0 - 50/60HZ，用户可选到120HZ 空冷为NEMA-1，水冷为NEMA-12 摄氏0 - 40度；更高温度要求可以定做 1000米以下