变频器的原理..docVIP

变频器的原理 系统构成 HARSVERT-A系列高压变频器属于“高-高”电压源型变频器，由移相变压器、功率单元和控制器组成，典型结构如下图所示。 3000V系列有12个功率单元，每4个功率单元串联构成一相。6000V系列有15个（或21个）功率单元，每5个（或7个）功率单元串联构成一相。10000V系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相。 高压变频调速系统结构图 输入变压器 输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器将网侧高压变换为副边的多组低压，各副边绕组在绕制时采用延边三角接法，相互之间有一定的相位差。 对3000V系列，变压器副边绕组分4级，每级电压430V，相互间移相15°，构成24脉冲整流方式； 对6000V系列，变压器副边绕组分5级或7级。对5级产品，每级电压690V，相互间移相12°，构成30脉冲整流方式。对7级产品，每级电压490V，相互间移相8.57°，构成42脉冲整流方式； 对10000V系列，变压器副边绕组分8级，每级电压720V，相互间移相7.5°，构成48脉冲整流方式； 这种多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率单元引起的谐波电流，可以大大改善网侧的电流波形，使变频器网侧电流近似为正弦波，使其负载下的网侧功率因数达到0.95以上。 另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，其工作电压由各个低压绕组的输出电压来决定，工作在相对的低压状态，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。各功率单元间的相对电压，由变压器副边绕组的绝缘承担，避免了串联均压问题。 功率单元 功率单元是整台变频器实现变压变频输出的基本单元，每个功率单元都相当于一台交-直-交电压型单相低压变频器。功率单元整流侧用二极管三相全桥进行不控全波整流，中间采用电解电容滤波和储能，输出侧为4只IGBT组成的H桥，电路结构如下图所示。 功率单元电路结构 在任意时刻，每个单元仅有三种可能的输出电压，如果A+和B-导通，从U到V的输出电压将为+Ud，如果B+和A-导通，从U到V的输出电压将为-Ud，如果A+和B+或者A-和B-导通，则从U到V的输出电压为0V。通过控制A+、A-、B+、B-四只IGBT的导通和关断状态，在U、V输出端子可以得到VO的等幅PWM波形。改变PWM波形输出正电压和负电压的交替周期，就改变了功率单元输出电压的频率，改变PWM波形中正电压和负电压的占空比，就改变了功率单元输出电压中交流基波的大小。 高频输出时IGBT触发脉冲及单元输出的PWM波形 低频输出时IGBT触发脉冲及单元输出的PWM波形 单元串联多电平的输出结构 输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，中性点浮空。虽然每个功率单元输出的都是等幅PWM电压波形，但相互间有确定的相位偏移，通过串联叠加，可得到正弦阶梯状PWM波形。 单元串联输出结构图（4级） 变频器各单元输出电压及叠加后的相电压波形（4级） 在实际系统中，为了方便实现，有些情况下也采用直接对触发脉冲逐级移相的简单控制方式。有时还在正弦参考波中加入1/6的三次谐波，由于变频器采用星型接法，三次谐波电流没有通路，但却可以提高基波电压的幅值和变频器的出力。 从以上波形图看出，HARSVERT-A系列变频器提供的输出电压正弦度很好。每个功率单元的开关频率可以较小（以减小器件损耗和发热），但变频器输出电压等效的开关频率却很高，仅含少量的极高次谐波，无须输出滤波器就可直接用于普通异步电动机驱动，并且电机不需要降额使用。同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力，输出电缆长度也可以很长。由于采用多级单元串联，对于4、5、7、8级系统，变频器输出线电压分别有17、21、29、33个电平，dv/dt小，可大大减少因dv/dt对电缆和电机的绝缘损坏。 变频器采用这种单元串联的结构，使变频器可以实现单元旁路功能（该功能为选件），当某一个单元出现故障时，通过使图3.2中的继电器K闭合，可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行，可减少很多场合下突然停机造成的损失。 控制系统 变频器控制系统接收用户的控制指令（启动、停机、急停、频率给定等），对各功率单元进行触发、封锁、旁路等控制，使变频器提供相应的频率和电压输出。控制系统还对变频器各部件的状态（如各个功率单元、变压器、风机等）进行监控，提供故障诊断信息，实现故障的报警和保护。 在现场应用中，控制系统负责与现场接口，提供阀门联动、自动调度等现场需要的控制功能。 为了实现控制部分部分和高压部分完全可靠隔离，控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。