高壓變頻器的工作原理與性能特點

揚州市蘇中電力設(shè)備有限公司是我國電力行業(yè)生產(chǎn)高低壓電氣的綜合性制造廠，是國家經(jīng)貿(mào)委在國內(nèi)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造中所需的設(shè)備推薦的生產(chǎn)廠家之一。本廠集科、工、貿(mào)于一體的省級高新技術(shù)企業(yè)。

變頻器是利用電力半導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、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行供電。

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，電路的拓撲結(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、高壓變頻器運行原理：

高壓變頻器的每個功率單元相當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，變頻器中點與電動機中性點不連接，

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行：

將輸入的工頻的三相高壓交流電轉(zhuǎn)化為可以進行頻率可調(diào)節(jié)的三相交流電，其電壓和頻率按照V/F的設(shè)定進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，保持電機在不同的頻率下運行，而定子磁心中的主磁通保持在額定水準，提高電機的轉(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0.95以上，不需要附加電源濾波器或功率因數(shù)補償裝置，也不會與現(xiàn)有的補償電容裝置發(fā)生諧振，對同一電網(wǎng)上運行的電氣設(shè)備沒有任何干擾。

四、高壓變頻器的性能特點：

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)進行平滑調(diào)節(jié)。 在大電機上能實現(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)場工況進行調(diào)整。 頻率的調(diào)整是根據(jù)電機在低頻下的壓頻比系數(shù)進行電壓和頻率的輸出，在低轉(zhuǎn)速下，電機不僅是發(fā)熱量低，而且輸入電壓低，將使電機絕緣老化速度降低。

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。