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HIVERT系列高压变频器
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产品篇之 合康变频器系统的组成
第二部分
高压变频器系组成
一、主电路概述
二、主变压器 二、功率单元
三、控制系统

第二部分
高压变频器系组成
一、主电路概述概述概述概述
HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主变采用干式 多绕组输变出变压器，HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常 压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性.。

第二部分
高压变频器系组成
主要器件：IGBT
IGBT是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具有高输入阻抗和低 导通压降两方面的优点。常用厂家：三菱、英飞凌、西门康。常用类型 有75A、100A、150A、200A、300A、 400A、450A、600A、650A、1000A 1200A、1600A，耐压值1700V。

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1.输入侧： 移相变压器
高压变频器系组成

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高压变频器系组成
原边采用星形接 法 副边法采用延边 三角形接法

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2.输出侧 功率单元
高压变频器系组成

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图2.9 单元驱动板原理图

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高压变频器系组成
四、控制系统
控制系统由控制器、IO接口板和人机界面组成，各部分之间的联系，如图2.10 HIVERT变频器控制系统结构图所示。
图2.10 HIVERT变频器控制系统图（10kV系列）

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图2.2输入电流波形

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高压变频器系组成
图2.4为五个690VAC功率单元串联时， 每个功率单元输出的电压波形及其串联后 输出的相电压波形示意图，可以得到5～ 0～-5共11个不同的电压等级。增加电压等 级的同时，每个等级的电压值大为降低， 从而减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大 大削弱了输出电压的谐波含量，种多级移相叠加的整流方式，能够消除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。每个功率单元分别由输入变压器的一组副边 供电图2.2为6kV系列（每相五个单元串联）输入电流实录波形，几近完美的正弦 波。
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高压变频器系组成
二、主变压器
见曾方的PPT文件

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高压变频器系组成
三、功率单元
单元输出 散热器 光纤接口
L1 XT XR L2
电源指示灯
快熔
R
S
T
固定螺孔
三相输入
图2.7 功率单元外形图

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高压变频器系组成
三、功率单元

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高压变频器系组成
主要器件：电解电容
电解电容在功率单元里主要起储能和滤波的作用，它会直接影响 到变频器的使用寿命，一般温度（45 ℃）每上升10 ℃，寿命减半。常 用型号：400V/4700uf、400V/10000uf、400V/12000uf


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高压变频器系组成
图2.8 单元控制板原理图

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高压变频器系组成
图2.9为单元驱动板原理图。驱动板用于产生4个IGBT的驱动信号，并将IGBT 的故障信号反馈到单元控制板。驱动板通过端子XS5与控制板端子XS6相连，其中L 控制左桥臂上的Q1、Q3 两个IGBT，R控制右桥臂上的Q2、Q4 两个IGBT，Q1、Q3和 Q2、Q4通过反相器互锁；/INHB为IGBT禁止信号；/DR为IGBT的故障信号，反馈回 控制板用于单元保护。驱动板上的电源来自控制板，其中+15V电源被隔离成4路电 源，分别用于4个IGBT的驱动。

第二部分
高压变频器系组成
图2.12 人机界面原理图

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高压变频器系组成
IO接口板用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处 理，增强了变频器现场应用的灵活性。IO接口板具有处理2路模拟量输入和2路模 拟量输出的能力，模拟量输入用于处理模拟设置时的设置信号和来自现场的流量、 压力等模拟信号，这两路信号通过处理后送到人机界面进行模数转化；模拟输出 量是运行频率和输出电流。接口板还对单元柜温度、输入电流和输入电压进行采 样，并计算出输入功率。
图2.6 输出电流波形

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高压变频器系组成
每个功率单元内均有一块控制板和一块驱动板。
控制板原理图见图2.8。控制板通过光纤（XS4）接收来自控制器的信号，经 接收解码器解码后用于对IGBT及旁路开关（可选）的控制。同时，控制板上还有 各种单元故障检测电路，如过热检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源故障 监测、光纤故障监测、驱动故障检测等，这些故障信号经过故障编码逻辑电路编 码后，由光纤（XS3）发送回控制器，实现故障保护（接口板输出故障保护跳闸及 故障报警指示）和故障记忆（人机界面显示故障原因、时间、位置，并保存）。 控制板上的控制电源直接取自直流母线（通过XS1），经过开关电源的隔离和变换 后得到所需控制电源。因此，高压电源失电后，控制电源并不会立即消失，控制 板上的电源指示灯经过几分钟后才能熄灭。这种取电方式可以确保高压电源瞬时 停电跟踪功能的实现。
高压变频器系组成
控制器由三块光纤板、一块信号板、一块主控板和一块电源板组成，各板之 间通过总线底板连接，如图2.11所示。 光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。 光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其 触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。 信号板采集变频器的输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程 转换。转换后的信号用于变频器控制、保护，以及提供给主控板数据采集。 主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量 方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过RS232通讯口与人机界面主控板进行交换 数据，提供变频器的状态参数，并接受来自人机界面主控板的参数设置。
图2.7 功率单元原理图
功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控 制Q1～Q4 IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的 输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时， L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状 态为0。

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高压变频器系组成
主要器件：熔断器 熔断器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生 热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保 护器，作为短路和过电流保护。

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高压变频器系组成
主要器件：整流桥 有西门康， 四菱两个厂家的产品， 规格型号：SKKD10016SKKD162-16、SKKD260-16、 SKKD380-16、SKKD380-18、SKKD701-16、MDC100B20。

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高压变频器系组成
图2.11 控制器连接图

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高压变频器系组成
人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯 联系，可选上位监控来实现变频器的网络化控制，人机界面由主控板、电源板、 液晶显示屏和触摸键盘组成，见图2.12。通过主控板和IO接口板通讯来的数据， 计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，并实现对电机的过载、过流报 警和保护等。通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与IO接口板连 接，实时监控变频器系统的状态。 人机界面主控板上还有两个模拟输入通道，可以接收0-10V或4-20mA模拟信 号，一路用于频率或闭环运行时的给定量模拟设定，另一路用于接收来自现场变 送器的压力或流量等信号。

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高压变频器系组成
图2.13 接口板原理图

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高压变频器系组成

高压变频器系组成
变频器功率单元输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元的输出串联 叠波得到。三相输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电 源。图2.3为6kV和10kV 变频器系列的电压叠加示意图。
图2.3a
6kV（5单元串联）电压叠加图
图2.3b
10kV电压叠加图

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电路板
高压变频器系组成
单元电路板
矢量控制单元电路板
单元控制板
单元驱动板

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高压变频器系组成
三、功率单元
功率单元原理见图2.7，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相 低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供 给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
功率单元原理见图2.7，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相 低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供 给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
图2.7 功率单元原理图
功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控 制Q1～Q4 IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的 输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时， L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状 态为0。
图2.4 6kV系列5单元输出及相电压波形示意图

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高压变频器系组成
图2.5为6kV五单元变频器输出的Uab线 电压波形实录图，峰值电压为8.5KV。因为 电机电感的滤波效果，输出电流波形更优 于电压波形。