變頻與傳動(dòng)——高壓變頻器原理及應(yīng)用

　　圖3.具備能量回饋和四象限運(yùn)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(guó)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?yàn)殚_(kāi)關(guān)時(shí)間短，微秒級(jí)，很難保證所有管子串聯(lián)同時(shí)開(kāi)關(guān)。否則有的早開(kāi)，所有的電壓都來(lái)加在晚開(kāi)的管子上，那么這個(gè)1200V的管子加上6000V，只能燒掉，一燒一串，不可能串聯(lián)?！?/P>

　　(2)正弦波技術(shù)

　　高壓電機(jī)對(duì)變頻器的輸出電壓波形有嚴(yán)格的要求，是業(yè)內(nèi)人士都知道的常識(shí)。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(guò)去一些人認(rèn)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(shuō)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(lái)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(duì)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(lái)發(fā)現(xiàn)的電機(jī)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(wèn)題之一。共模電壓(也叫零序電壓)，是指電動(dòng)機(jī)定子繞組的中心點(diǎn)和地之間的電壓。

　　共模電壓也是對(duì)外產(chǎn)生干擾的原因，特別是長(zhǎng)線傳輸設(shè)備。無(wú)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(jī)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(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，使IGBT直接高 壓變頻器的效率達(dá)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(jī)、同步電機(jī)，無(wú)需降容使用，幾km的長(zhǎng)線傳輸也無(wú)問(wèn)題。對(duì)于傳輸距離 太長(zhǎng)時(shí)應(yīng)考慮線路電壓補(bǔ)償。如提高電壓或增大導(dǎo)線截面等。

　　4.系統(tǒng)特點(diǎn)：

　?。?）電壓等級(jí)為3kV-10kV；

　?。?）系統(tǒng)自帶專門(mén)設(shè)計(jì)的高壓開(kāi)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;

　?。?）全中文操作界面，基于Windows操作平臺(tái)，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;

　?。?）內(nèi)置PLC可編程控制器，易于改變和擴(kuò)展控制邏輯關(guān)系;

　?。?）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(qiáng);

　?。?）控制電路通訊方式采用全數(shù)字化通訊;

　?。?）系統(tǒng)的 整流單元、逆變單元設(shè)計(jì)，選用組合模塊化積木結(jié)構(gòu)，整機(jī)占地面積小、重量輕，便于安裝、維護(hù);

　?。?）裝置可在本機(jī)上操作，也可實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距離外控，具備完善、方便的操作功能選擇;

　?。?）系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)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(gè)系統(tǒng)的工作站，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(dòng)化運(yùn)行;

　?。?0）具備全面的故障監(jiān)測(cè)、可靠的故障報(bào)警保護(hù)功能　　

　?。?1）輸入功率因數(shù)高，輸出電壓諧波 含量小，無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償和諧波抑制器;

　?。?2）輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)正弦波形，對(duì)電纜和電動(dòng)機(jī)的絕緣無(wú)損害，減輕電動(dòng)機(jī)的軸承和葉片 等機(jī)械部分震動(dòng)和磨損，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命，輸出至電動(dòng)機(jī)的線纜長(zhǎng)度可達(dá)20km;

　?。?3）采用獨(dú)特的抗共模電壓技術(shù)，使系統(tǒng)*模電壓≤1000V，無(wú)需再提高電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)，無(wú)需專用電機(jī);