【正文】 出現(xiàn)故障或需維護時，才會轉(zhuǎn)換的工頻運行。 2）效率高，能耗低，節(jié)能效益顯著，性價比高。 4）啟動轉(zhuǎn)矩大、電流小，機械特性好。6）系統(tǒng)抗干擾能力強，操作方便、工作可靠。8）系統(tǒng)內(nèi)部采用單旁路技術(shù)，降低故障停機時間，提高單元故障下的帶負荷能力。通常把驅(qū)動1KV 以上交流電動機的中、大容量變頻器稱為高壓變頻器。但由于大家習(xí)慣上把額定電壓為3KV 和6KV 和 10KV 的電動機稱為“高壓電機”所以驅(qū)動這個電壓等級的變頻器統(tǒng)稱為高壓變頻器。隨著高壓變頻器技術(shù)的不斷成熟，高壓變頻器在各個領(lǐng)域得多了廣泛的應(yīng)用。目前，高壓變頻技術(shù)已經(jīng)成為電力傳動領(lǐng)域的熱門話題之一，對于大容量電力傳動系統(tǒng)，尤其是大容量風(fēng)機水泵系統(tǒng)進行高壓變頻器改造已成為一種趨勢，它為使用大功率傳動裝備的企業(yè)和行業(yè)帶來了很大的節(jié)能效益。到目前為止，高壓變頻器還沒有像低壓那樣近乎統(tǒng)一的拓撲結(jié)構(gòu)，各種新型的高壓變頻器不斷出現(xiàn)。直接高壓變頻器主要有采用低壓IGBT多重化技術(shù)的單元串聯(lián)多電平PWM電壓型高壓變頻器和采用高壓IGBT、IGCT的三電平型高壓變頻器。高壓變頻器正向著高可靠性，低成本，高輸入功率因數(shù)，高效率，低輸入輸出諧波，低共模電壓，低 dv/dt 等方向發(fā)展。對風(fēng)機和水泵等一般不要求四象限運行的設(shè)備，單元串聯(lián)多電平 PWM電壓源型變頻器在輸入，輸出諧波，效率和輸入功率因數(shù)等方面有明顯的優(yōu)勢，具有較大的應(yīng)用前景。同時高壓變頻器還朝著冗余設(shè)計、無速度傳感器矢量控制、高耐壓功率器件、大容量化、能量回饋、多電平PWM等技術(shù)方向發(fā)展。2004年及以前在我國還屬于小規(guī)模應(yīng)用階段，然而近幾年，應(yīng)用規(guī)模在逐漸擴大，高壓變頻器市場正處于一個高速增長的時期。我國高壓變頻器市場“十一五”期間保持著爆發(fā)性增長的態(tài)勢，該行業(yè)經(jīng)過起步階段，目前正逐步趨于成熟。同時，國內(nèi)變頻器廠家對市場進行了細分，針對中國市場的實際需求，實現(xiàn)了與國外產(chǎn)品的差異化生產(chǎn)，在專用變頻器的開發(fā)和應(yīng)用推廣上取得了一定的成績，并被市場所接受。專家認為，未來變頻器市場將向大功率、高端方向發(fā)展。大功率變頻器市場份額早先基本掌握在國外廠商手中，隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平提高，國產(chǎn)變頻器產(chǎn)品的功率也隨之逐步提高，因此國內(nèi)品牌對國外品牌實現(xiàn)替代的過程是一個先替代小功率變頻器產(chǎn)品，后替代大功率變頻器產(chǎn)品的過程。變頻器的大量推廣使用，在節(jié)能、省力化、自動化及提高生產(chǎn)率、提高質(zhì)量、減少維修和提高舒適性等多方面都取得了令世人矚目的應(yīng)用效果。變頻器的正確選用對于機械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運行是至關(guān)重要的。所謂合適是在滿足機械設(shè)備的實際工藝生產(chǎn)要求和使用場合的前提下，實現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價比。 2) 變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。 4) 在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。鋁行業(yè)中有金屬粉塵、腐蝕性氣體等等。 1)變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部。 3)變頻器上、下部邊緣距離控制柜頂部、底部、或者隔板、或者必須安裝的大元 件等的最小間距，應(yīng)該大于 300 mm。P=n . T/9950（kW）式中: P—機械要求的輸入功率（kW）n—機械轉(zhuǎn)速（r/min）T—機械的最大轉(zhuǎn)矩（） 然后，選擇電機的極數(shù)和額定功率。為了充分利用設(shè)備潛能，避免浪費，可允許電機短時超出同步速度，但必須小于電機允許的最大速度。最后，根據(jù)變頻器輸出功率和額定電流稍大于電機的功率和額定電流確定變頻器的參數(shù)與型號。 從式（1—1）中可以看出，當異步電動機的磁極對數(shù)p一定，轉(zhuǎn)差率s—定時，改變定子繞組的供電頻率f可以達到調(diào)速目的，電動機轉(zhuǎn)速n基本上與電源的頻率f成正比，因此，平滑地調(diào)節(jié)供電電源的頻率，就能平滑，無級地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。且采用變頻起動更能顯著改善交流電動機的起動性能，大幅度降低電機的起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。高壓變頻器調(diào)速原理:高壓變頻裝置為交一直一交電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)。主控制柜中的控制單元通過光纖時對功率柜中的每一功率單元進行整流、逆變控制與檢測，這樣根據(jù)實際需要通過操作界面進行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進行相應(yīng)得整流、逆變調(diào)整，輸出滿足負荷需求的電壓等級。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)技術(shù)，不僅解決了器件耐壓的問題也解決了環(huán)流問題，級間輸出電壓移相疊加，極大第改善系統(tǒng)輸出電壓的諧波性能、降低輸出電壓的du/dt；通過電流的多重化技術(shù)降低輸入側(cè)諧波，減少了對電網(wǎng)的諧波污染。移相變壓器的輸入是三相高壓電（經(jīng)開關(guān)柜）。b)功率單元柜功率單元柜用于放置功率單元，由主控柜通過光纖通訊來控制各個功率單元的動作。該柜內(nèi)還有輸出電壓、電流檢測部分。圖31高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)圖人機界面由數(shù)碼鍵盤（LED）和觸摸屏組成。主控柜的輸入信號有：旁路柜的接觸器狀態(tài)信號、輸入、輸出電壓、電流檢測信號、各個功率單元的反饋信號、以及用戶通過人機界面的操作等。當KMKM4閉合,KM3斷開時，電機運行在變頻狀態(tài)；當KMKM4斷開,KM3閉合時，電機工頻運行，此時高壓變頻器從高壓中隔離出來。圖42 變頻器開停運行機流程圖 KM3和KM4之間存在機械和電氣雙重閉鎖關(guān)系，防止變頻器輸出側(cè)和10kV電源側(cè)短路。需要引風(fēng)機工頻運行時，停止引風(fēng)機、斷開變頻器下口開關(guān)KM4和變頻器上口開關(guān)KM3；然后閉合引風(fēng)機工頻旁路開關(guān)KM3，然后啟動引風(fēng)機運行。高壓變頻器的設(shè)計由移相變壓器、功率單元、控制系統(tǒng)三部分設(shè)計組成。高壓變頻凋速系統(tǒng)每相由8個功率單元串聯(lián)而成 ，每個功率單元承受全部的電機電流、提供1/8相電壓和 1／24的輸出功率每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用延邊三角形接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。逆變器輸出采用多電平控制式 PWM技術(shù)，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯開一定的電角度，實現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近于正弦波 ，每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小dv／dt很小，功率單元采用較低的開關(guān)頻率，以降低開關(guān)損耗。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。引風(fēng)機的運行方式?jīng)Q定了變頻調(diào)速系統(tǒng)采用了一拖一的變頻器調(diào)速方式，因此，其旁路柜功能和結(jié)構(gòu)就較為簡單。該方案在設(shè)計中考慮了如下問題:(1)刀閘kk2無機械閉鎖功能，只是在檢修時由手動斷開以形成明顯的斷開點，確保工作人員的安全。(2)工頻旁路接觸器KM3與變頻進線接觸器KM變頻出線接觸器KM1具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。如需自動切換至工頻運行，此時先停止變頻器輸出，跳閘用戶10kv開關(guān)柜，再由電氣控制依次斷開KMKM4，然后閉合KM3使電機切換至工頻側(cè)，再合閘開關(guān)柜，使電機工頻運行。如需自動切換至變頻運行，此時由電氣線路控制先跳閘10kv開關(guān)柜，再斷開KM3，然后依次閉合KMKM1，再合閘開關(guān)柜，啟動變頻器，完成由工頻旁路運行到變頻運行的自動切換。 合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于KMKM4合閘回路。 旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯(lián)于KM3合閘回路。旁路功能:高壓變頻器增設(shè)有旁路開關(guān)柜分自動和手動旁路柜兩種，設(shè)計時可以根據(jù)現(xiàn)場運行設(shè)備穩(wěn)定性要求分別選擇自動或手動旁路柜。手動旁路：當高壓變頻器在故障維護狀態(tài)時，可將旁路柜的K1和K2斷開，然后人工合上KM3，將高壓變頻器隔離，從而不影響高壓電動機的正常運行。 本文設(shè)計的10kV電壓等級的高壓變頻器最大優(yōu)勢之一就是采用移相變壓器，實現(xiàn)輸入多重化，使其減少輸入諧波。②變換得到需要的二次側(cè)電壓。圖43 移相變壓器結(jié)構(gòu)圖其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 43所示。移相角分為177。、177。、177。、177。每移相組的電壓為720V，有a1a8供8個移相組串接組成的A相的每相相電壓為5760V，同此情況，分別有b1b8和c1c8串接組成B相和C相的相電壓也為5760V，線電壓為10000V。在電網(wǎng)三相電壓的情況下，為了使閥側(cè)（整流后的低壓直流側(cè)）輸出有更好的波形及減少諧波分量，我們往往采用多相的整流線路。論文設(shè)計的采用8級串聯(lián)，理論上能消除23次以內(nèi)的諧波。我們采用一次側(cè)繞組聯(lián)結(jié)成Y接，二次側(cè)由多個延邊三角形的移相繞組并聯(lián)在一臺變壓器上，由這些若干個延邊三角形的移相繞組來得到所需要的不同的移相角度，從而得到單臺移相整流變壓器輸出的脈波數(shù)為48。即各個二次側(cè)繞組的移相角度為+176。、+176。、176。、176。(1) 額定輸出低壓的確定 移相整流變壓器的額定低壓取決于高壓變頻器的功率單元的承受電壓。那么所對應(yīng)的線電壓(Y接)為10000V。 (2) 二次繞組相位差的設(shè)計移相整流變壓器的二次繞組的相位差是由整流的脈波數(shù)決定的，也就是由高壓變頻器的功率單元的串聯(lián)數(shù)量決定，以本設(shè)計為例，每相設(shè)計8個功率單元，那么單臺移相整流變壓器輸出的脈波數(shù)為68=48脈波。對于8副邊的變壓器，其移相角分別為+176。、+176。、176。、176。176。由于正序聯(lián)結(jié)時，其移相角是順時針方式，稱為負角度；反序聯(lián)結(jié)時，其移相角是逆時針方式，稱為正角度?？蓪⒄蚵?lián)結(jié)稱為0176。聯(lián)結(jié)方式及移相見圖44。30。各移相組的角度誤差及電壓誤差均控制在最小值，副邊各移相組具有相同的電壓和電流，但不相同的相位角，各移相組平均總的功率，其電壓經(jīng)整流后疊加，再進行逆變和變頻。(5) 延邊三角形移相繞組和主繞組電流的計算一次側(cè)電流：I1=P*103/3/ U相（A） （4） 二次側(cè)電流：移相繞組電流：Iy=P*103/ U2（A） （5）每一支路電流：Iy支= Iy/N（A） （6）主繞組電流： Iz= Iy （A） （7）每一支路電流：Iz支= Iz/N（A） （8）其中：P — 變壓器容量N —二次側(cè)繞組副邊數(shù)應(yīng)根據(jù)式(4)～(8)分別計算各移相角所對應(yīng)的電流。這種變壓器可以防潮、阻燃，對環(huán)境適應(yīng)性好，而且變壓器尺寸緊湊，占用空間小。柜門上設(shè)有干式變壓器溫度控制儀，為變壓器提供風(fēng)機控制以及溫度報警和過熱保護。柜后門裝有電磁鎖，當高壓電進入柜內(nèi)，電磁鎖自動鎖死，需用專用的電磁鎖鑰匙才能打開柜子的后門。輸入電源接線在后面上部，直接進入變壓器；輸入電壓檢測直接接在變壓器輸入側(cè)，輸入電流檢測在變壓器的Y接星點電纜上。每個電流大小相同的功率單元在結(jié)構(gòu)及電氣性能上完全一致，可以互換. 單元柜內(nèi)安裝的功率單元和三相輸入電抗器分成三組，每組串聯(lián)成一相，每相串聯(lián)8個功率單元和8個電抗器，分前后排列。星接電纜上穿有霍爾電流傳感器，檢測輸出電流。整流電路：由VD1VD6六個整流二極管組成三相不可控全波整流橋。濾波電路：電容的耐壓強度一般為400V,還有一部分余量，直流直流母線電壓為720V，兩個電容串聯(lián)就滿足設(shè)計要求，這里選取三個電容串聯(lián)。當接通電源時，電容電壓較低，此時電源電路不工作，不能輸出24V電源，繼電器不動作，直流電流流過電阻R給電容充電，當電容兩端電壓上升到一定值之后，電源電路開始工作，輸出24V電源繼電器閉合，電阻R被短接。儲能電容：又叫電解電容，在充電電路中主要作用為儲能和濾波。容量選擇為3300uf/400V。C5濾波電容,主要作用為吸收IGBT的過流與過壓能量。把直流電逆變頻率，幅值都可調(diào)的交流電。功率單元控制結(jié)構(gòu)如圖46：直流母線經(jīng)充電電阻R給電容充電，當電容電壓上升的接近飽和時，反饋給主控板，主控板輸出信號時開關(guān)閉合，切除電阻R。圖46 功率單元控制結(jié)構(gòu)圖控制部分:電源板、驅(qū)動板、控制板（CPU板）。5V、177。24V向CPU其附屬電路、控制電路、顯示面板等提供電源?？刂瓢澹–PU板）：也叫CPU板相當人的大腦，處理各種信號以及控制程序等部分。 每個功率單元都承受電機電流、1/8的相電壓、1/24的輸出功率。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。 輸出側(cè)由每個單元的輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的 PWM 波形進行重組，可得到的階梯 PWM 波形。 圖47電壓疊加形成高壓輸出原理 三相交流電整流后經(jīng)濾波電容濾波形成直流母線電壓 。對于10kV系統(tǒng)，每相8單元串聯(lián)，每個功率單元輸出交流有效值Vo為720V，相