高压变频器原理及优点
功率单元串联多电平型高压变频调速系统
多电平型高压变频器是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。

采用模块化设计，可迅速替换故障模块，采用多个低压的功率单元相互串联的办法实现高压，解决了高压的难题而得名。

输入侧的降压变压器采用移相方式，原边Y形连接，副边采用沿边三角形连接，6kV系列共18副三相绕组，分别为每台功率单元供电。

它们被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有6副三相小绕组，之间均匀相位偏移10度，可有效消除对电网的谐波污染。

输出侧采用多电平正弦PWM 技术，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器，可适用于任何电压的普通交流电机。

另外，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机时造成的损失。

整套变频器共有18个功率单元，每相由6台功率单元相串联，并组成Y形连接，直接驱动电机。

每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。

由此可见，单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。

图1 高压变频调速系统结构图
图2 6kV和10kV变频器系列的电压叠加示意图
变频器与PLC 电控硬连接
变频器和PLC 电控采用硬连接：电控把开关量正向起停、反向起停、紧急停机、模拟量频率给定送给变频器，可以控制变频器运行；变频器把开关量运行、故障、就绪、模拟量输出电流、输出频率给电控系统，即可以正常工作。

配合如下图所示。

高压电机
高压电源柜
高压变频器主控台
控制电源轴编码器接地端
分闸合闸允许6kVC 6kVB 6kVA 接地端
接地端变频器电流
公共端
公共端
模拟给定
高压就绪
运行指示
故障报警
公共端
公共端
紧急停车
反向启停
正向启停
图3 变频器与PLC 电控硬连接
实施技术方案的优点
● 启动、制动平稳，不对设备产生冲击，延长设备寿命；
● 制动时，将能量回馈电网，节约能源；
● 低速爬行平稳，定位精度高；
● 降低了运行噪声、发热量及粉尘，改善了值班环境；
● 不需转子电阻及切换柜，减小设备占地空间；
● 自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度；
● 转子串电阻调速和变频器调速互为备用。

采用高压变频器技术先进性
矢量控制是全数字技术的，功率部分采用IGBT 的电压源型交流变频传动装置。

它给传动装置带来快速性，更高的精度，更高的可靠性，同时效率也更高。

● 统一的操作界面：该界面对所有变频器都一样，它们具有统一的操作员
控制策略。

这意味着什么呢? —如果你能够操作一个就会操作所有的，
包括对所有的输出和功能范围在内。

更加独特的是：对于所有的变频器
而言，模块化单元，操作面板，控制程序，服务程序，操作员控制以及
设备应答都是一致的。

对新的矢量控制也不例外。

●适合多种电压：当然，不言而喻，新的矢量控制是国际性产品，它适用于世界各地所有重要的电压等级： 3 相6000V AC、3 相10000V AC，然而，最大的优点还在于它的最大容许偏差是-20% —+15%。

这样，即使在供电电网条件较差的情况下也能充分保证工厂和机械设备的各部分都具有很高的生产率和可用性。

●节省空间：新T系列矢量控制的变频器，采用专利技术，优化柜体结构
设计，使用新系列矢量控制变频器节省用户空间1/3左右。

●紧凑的单元：极小的外形尺寸，最大程度的利用了空间，使近一步提高
功率密度的单元可以简单的安装在双L型的导轨上，方便拆卸。

●软件：标准的软件，操作的通用性，几个传动装置的同步运行和电机的
旋转再启动；还有众多功能包含在软件中，闭环控制等。

●远程诊断和调试：在PC上进行调试和诊断，变频器软件是矢量控制用
的一个高水平的用户友好界面，具有菜单提示操作控制。

所有参数都具
有形象化显示。

可以读、写、处理及打印参数设置。

可以处理过程数据，
可以进行诊断操作，也可以实现在线操作。

适合于所有变频器，用户界
面友好的软件包，用户界面友好的调试、通讯和服务。

●无换相失败的可靠装置: 对于传统的整流技术而言，不稳定的电网常常
引起停产损失，因为换相故障往往造成快熔熔断；而同步整流技术固有
100%的能量回馈能力，即使在电网极欠压情况下，仍能完成回馈能力，
只有在非常必要时才关断装置，这种主动的控制关断功能消除换相失败
或快熔故障的可能。

●卓越的动态性能：传统系统的性能经常受到负载频繁变化的影响，可控
硅整流技术相比起来有较长换相延时，负载电动状态和发电状态的频繁
转换，极可能导致变频器的关闭，而采用了IGBT同步整流技术，能在
任何时候维持稳定的直流电压。

●高品质的通风防尘过滤系统：新的系列矢量控制的变频器的通风防尘过
滤网，优化了的通风防尘系统，保证了变频器在恶劣的粉尘环境中稳定
的运行。

高质量的输入特性
输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，从结构上看，由于输入侧采用了IGBT功率元件，所以它相当于一个逆变器，不同的是其输入为交流，输出为直流；与传统的二极管整流或者可控硅整流技术相比，单元整流为SPWM可控移相同步整流，这种整流方式不再是被动的将交流转换成直流，而是具备了很多的控制功能，它不仅能消除高次谐波、提高功率因数，而且不受电网波动的影响，具有卓越的动态性能。

同步整流简单的工作原理可以简述为：整流电路从电网汲取正弦波交流，经过整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值，且输入侧具有滤波电容和电抗器，滤除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。

同步整流回路及滤波电路确保从电网汲取的或反馈回电网的只有正弦波电压或电流，而不会产生二极管整流产生的5、7、11、13次谐波，变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含
量满足IEEE Std 519-1992和GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》对谐波含量的最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰。

即使恶劣的电网环境也不例外。

完美的输出特性
变频器额定输入功率因数大于0.95，无需功率因数补偿电容；减少无功输入，降低供电容量。

单元串联矢量控制正弦波脉宽调制叠波输出，6kV系列每相6个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形几近完美的正弦波，与其他形式的高压大容量变频器比较具有以下优点：
●无需输出滤波装置
●可以驱动普通高压电动机，而不会增加电机温升，降低电机容量
●电机电缆无任何长度限制
●保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害
●不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。

其它特性
●高可靠性，成熟的技术，成就高可靠性高品质的变频器。

●高效率，优化算法，减少开关损耗，额定工况下，系统总效率高达96%
以上，其中变频部分效率大于98%。

●功率单元模块化结构，可以互换，维护简单。

●宽广的输入电压范围，更适合国内电网条件。

●功率单元光纤通讯控制，完全电气隔离。

●灵活强大的通讯功能，隔离RS485接口，采用MODBUS RTU、PROFIBUS-DP、
工业以太网通讯规约。

●具有本地、远程、上位三种控制方式。

●全面的故障监测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存
●可根据用户要求作特殊设计。

●采用多重化PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波。

●整流电路的多重化，脉冲数多达36，功率因数高，输入谐波小。

●模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性。

●直接高压输出，无需输出变压器。

●极低的dv/dt输出，无需任何形式的滤波器。

●采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。

●功率单元自动旁通电路，能够实现故障不停机功能。

随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。

交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。

交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。

变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大，对电网和电机都有影响。

近年来，发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等。

由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实现PWM逆变，甚至是PWM整流。

不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。