第5章 高（中）压变频器 5.1 5.1 高（中）压变频器概述高（中）压变频器概述 5.1.1 5.1.1 高（中）压变频器的分类高（中）压变频器的分类 高（中）压变频器按主电路的结构方式分为交-交方式和交-直-交方式 5.1.2 高（中）压变频调速系统的基本形式高（中）压变频调速系统的基本形式 （1）直接高-高型 直接高-高型（也有的称为直接中-中型）变频调速系统的电路结构如图5-2所示 图5-2 直接高-高型变频调速系统 （2）高-中型 高-中型变频调速系统的电路结构如图5-3所示 图5-3 高-中型变频调速系统 （3）高-低-高型 高-低-高型（有的也称为中-低-中型）变频调速系统的电路结构如图5-4所示 图5-4 高-低-高型变频调速系统5.1.3 5.1.3 高（中）压变频器的应用高（中）压变频器的应用 1 1拖动风机或水泵拖动风机或水泵 2 2压缩机、鼓风机、轧机或其它工作机械压缩机、鼓风机、轧机或其它工作机械 (1) (1) 可精确地调节速度或流量，保证工艺质量可精确地调节速度或流量，保证工艺质量 (2) (2) 可可直直接接与与工工作作机机械械耦耦合合，省省去去减减速速机机等等中中间间机机械械环环节，减少投资和中间费用。
节，减少投资和中间费用 (3) (3) 可可接接受受计计算算机机或或PLCPLC的的模模拟拟或或数数字字信信号号，进进行行实实时时控控制，且控制性能优越制，且控制性能优越 3 3要求起动性能好的机械要求起动性能好的机械 实现“软”起动电机速度从零开始起动：可使电机电流限制在规定值以下(一般在额定电流的2倍以内)，以选定的加速度平稳升速，直到指定速度 5.1.4 5.1.4 高（中）高（中）压变频压变频器的技器的技术术要求要求 1. 可靠性要求高 2. 对电网的电压波动容忍度大 3. 降低谐波对电网的影响 4. 改善功率因数 5. 抑制输出谐波成分 6. 抑制共模电压和dudt的影响 5.2 5.2 高（中）压变频器的主电路结构高（中）压变频器的主电路结构 5.2.1 5.2.1 晶晶闸闸管管电电流型流型变频变频器器 图图5-5所示为晶闸管电流型变频器的主电路所示为晶闸管电流型变频器的主电路 图5-5 晶闸管电流型变频器的主电路 晶晶闸闸管管电电流流型型变变频频器器采采用用晶晶闸闸管管三三相相桥桥式式整整流流电电路路将将交交流流变变为为直直流流，然然后后再再经经晶晶闸闸管管三三相相桥桥式式逆逆变变电电路路将将直直流流变变为为频频率率可可调调的的交交流流，将将其其输输出出以以控控制制电电机机运运行行和和调调速速。
由由于于在在它它的的直直流流母母线线上上串串联联有有平平波波电电抗抗器器，因因此此该该变变频频器器称称为为电流型变频器电流型变频器5.2.2 GTO5.2.2 GTO电流型变频器电流型变频器 GTOGTO电电流型流型变频变频器的器的主电路如图主电路如图5-6所示 图图5-6 GTO5-6 GTO电电流型流型变频变频器的主器的主电电路路 图图5-6电电路路中中，变变压压器器二二次次绕绕组组采采用用Y和和不不同同联联结结组组别别，是是为为了了获获得得互互差差60的的六六相相电电压压，既既可可以以减减少少整整流流后后的的电电压压纹纹波波，也也可可以以降降低低电电网网的的谐谐波波整整流流部部分分采采用用SCR器器件件，逆逆变变部部分分采采用用了了可可关关断断晶晶闸闸管管GTO，开开关关频频率率为为180Hz电电路路可可以以说说是是电电流流源源和和PWM技技术术的的结结合合(简简称称“CSI-PWM技技术术”)由由于于采采用用脉脉宽宽调调制制方方式式，输输出出谐谐波波降降低低，滤滤波波器器可可大大大大减减小小，但但不不能能省省去去实实际际使使用用中中常常加加电电容容滤滤波波器器，为为防防止止电电容容与与电电动动机机的的电电感感在在换换向向过过程程中中产产生生谐谐振振，其其数数值需仔细选择。
值需仔细选择5.2.3 1GBT5.2.3 1GBT并联多重化并联多重化PWMPWM电压型变频器电压型变频器图图5-7所示为并联多重化所示为并联多重化PWM电压型变频器电路图电压型变频器电路图 图图5-7 5-7 并联多重化并联多重化PWMPWM电压型变频器主电路电压型变频器主电路 图图5-7 采采用用二二极极管管构构成成二二组组三三相相桥桥式式整整流流电电路路，按按12脉脉波波组组态态，输输出出为为二二重重式式，每每组组由由六六个个IGBT构构成成一一个个桥桥式式逆逆变变单单元元输输出出滤滤波波器器用用来来去去除除PWM的的调调制制波波中中的的高高频频成成分分并并减减少少dudt、didt的的影影响响，由由于频率高，滤波器的体积很小于频率高，滤波器的体积很小5.2.4 5.2.4 三三电电平高（中）平高（中）压变频压变频器器 IGBT三电平高压变频器的主电路如图三电平高压变频器的主电路如图5-8所示图图5-8 IGBT5-8 IGBT三三电电平高（中）平高（中）压变频压变频器的主器的主电电路路 图图5-8中中，变变频频器器的的整整流流部部分分由由两两个个三三相相桥桥电电路路串串联联，输输出出12脉脉波波的的直直流流电电压压，大大大大减减少少了了电电网网侧侧的的谐谐波波成成分分。
同同时时，直直流流侧侧采采用用两两个个相相同同的的电电解解电电容容串串联联滤滤波波，在在中中间间的的连连接接处处引引出出一一条条线线与与逆逆变变电电路路中中的的钳钳位位二二极极管管相相接接，若若将将该该节节点点视视为为参参考考点点（电电压压为为零零），则则加加到到逆逆变变器器的的电电平平有有三三个个：Ud、0、-Ud所所以以逆逆变变器器部部分分是是由由IGBT和和箝箝位位二二极极管管组组成成的的三三电电平平电电压压型型逆变器 图图5-10所所示示为为三三电电平平变变频频器器输输出出相相电电压压、相相电电流流波波形形图图中中阶阶梯梯形形PWM波波为为电电压压波波形形，近近似似正正弦弦波波为为电电流流波波形形(Ud为为峰峰值值电电压压)这这种种变变频频器器输输出出的的线线电电压压有有5个个电电平平，输输出出谐谐波波小小，du/dt小小，使使电电动动机机电电流流波波形形的的失失真真度度从从17%降低为降低为2%左右 图图5-10 三电平变频器输出电压、电流波形三电平变频器输出电压、电流波形5.2.5 五电平高（中）压变频器五电平高（中）压变频器 图图5-11为为五五电电平平逆逆变变器器主主电电路路，其其工工作作原原理理与与三三电电平逆变器相似平逆变器相似. 图图5-11 五电平逆变器主电路五电平逆变器主电路 这这种种结结构构的的优优点点是是：在在器器件件耐耐压压相相同同的的条条件件下下，能能输输出出更更高高的的交交流流电电压压，适适合合制制造造更更高高电电压压等等级级的的变变频频器器。
缺缺点点是是：用用单单个个逆逆变变器器难难以以控控制制有有功功功功率率传传递递，存存在电容电压均压问题在电容电压均压问题 5.2.6 IGBT5.2.6 IGBT功率单元多级串联电压型变频器功率单元多级串联电压型变频器 山东风光山东风光JD-BP37系列高压变频器系统结构如图系列高压变频器系统结构如图5-13所示 图图5-13 5-13 山东风光山东风光JD-BP37JD-BP37系列高压变频器的系统结构系列高压变频器的系统结构 多多级级串串联联高高（中中）压压变变频频器器采采用用多多级级小小功功率率低低电电压压IGBT的的PWM变变频频单单元元，分分别别进进行行整整流流、滤滤波波、逆逆变变，将将其其串串联联叠叠加加起起来来得得到到高高压压三三相相变变频频输输出出例例如如，对对于于6kV输输出出，每每相相采采用用6组组低低压压IGBT功功率率单单元元，每每个个功功率率单单元元由由一一体体化化的的输输入入隔隔离离变变压压器器二二次次侧侧绕绕组组分分别别供供电电，二二次次绕绕组组采采用用延延边边三三角角形形接接法法，18个个二二次次绕绕组组分分成成三三个个位位组组，互互差差20，实实现现输输入入多多重重化化接接法法，可可消消除除各各功功率率单单元元产产生生的的谐谐波波。
电电源源侧侧电电压压畸畸变变率率小小于于，电电流流畸畸变变率率小小于于，因因此此变频器对电网污染小变频器对电网污染小53 高压变频器对电动机的影响及防治措施高压变频器对电动机的影响及防治措施 在高压变频器中，对电动机的影响起决定作用的是逆在高压变频器中，对电动机的影响起决定作用的是逆变器的电路结构和控制特性，逆变器主要通过输出谐波、变器的电路结构和控制特性，逆变器主要通过输出谐波、输出电压变化率输出电压变化率dudt和共模电压来影响电动机的绝缘和共模电压来影响电动机的绝缘和使用寿命，这些因素产生的影响如表和使用寿命，这些因素产生的影响如表5-4所示 5.3.1 输出谐波对电动机的影响及防治措施输出谐波对电动机的影响及防治措施 输出谐波对电动机的影响主要有谐波引起电动机的温升过高、转矩脉动和噪声增加，经常采用的防治措施一般有两种：一是设置输出滤波器；二是改变逆变器的结构或联接形式，以降低输出谐波使其作用到电机上的输出波形接近正弦波5.3.2 输出电压变化率对电动机的影响及防治措施输出电压变化率对电动机的影响及防治措施 对于电压型变频器，当输出电压的变化率(dudt)比较高时，会加速了电动机绝缘的老化。
特别是当变频器与电动机之间的电缆距离比较长时电缆上的分布电感和分布电容所产生的行波反射放大作用增大到一定程度，有时会击穿电动机的绝缘经常采用的防治措施一般有两种：一是设置输出电压滤波器：二是降低输出电压的变化率降低输出电压变化率的主要方法也有两种：一是降低输出电压每个台阶的幅值；二是降低逆变器功率器件的开关速度在相同额定输出电压的情况下，逆变的输出电平数越多，输出电压的变化率就越低，通常是传统双电平输出电压的变化率的1/(m-1)倍，其中m是电平数目 5.3.3 共模电压对电动机的影响及防治措施共模电压对电动机的影响及防治措施 电动机定子绕组的中心点和地之间的电压UN-G称为共模电压(或称零序电压) 当没有输入变压器时共模电压会直接施加到电动机上，导致电动机绕组绝缘击穿，影响电动机的使用寿命当共模电压对地产生的高频漏电流经过电动机的轴承入地时，还会出现“电蚀”轴承现象，降低轴承的使用寿命经常采用的防治措施是设置二次侧中点不接地的输入变压器，由输入变压器和电动机共同来承担共模电压一般情况下，输入是110，那么约有90的共模电压由输入变压器来承担因此，对于电流型变频器，电动机的绝缘一定要足够强，否则容易发生因绝缘被击穿而烧毁输入变压器或电动机的后果。
本本 章章 小小 结结 高高（中中）压压变变频频器器通通常常指指电电压压等等级级在在1kV1kV以以上上的的大大容容量量变变频频器器高高（中中）压压变变频频器器按按主主电电路路的的结结构构方方式式分分为为交交- -交方式和交交方式和交- -直直- -交方式 高高（中中）压压变变频频调调速速系系统统的的基基本本型型式式有有直直接接高高- -高高型型、高高- -中型和高中型和高- -低低- -高型等三种高型等三种 高高（中中）压压变变频频器器的的技技术术要要求求非非常常严严格格，在在制制造造和和应应用时应予以特别关注用时应予以特别关注 在在冶冶金金、钢钢铁铁、石石油油、化化工工、水水处处理理等等工工矿矿企企业业中中，大大容容量量的的电电动动机机基基本本上上都都是是中中压压和和高高压压电电动动机机，其其消消耗耗的的能能源源占占电电机机总总能能耗耗的的7070以以上上，而而且且绝绝大大部部分分都都有有调调速速的的要要求求，因因此此，应应用用中中压压和和高高压压变变频频调调速速对对节节能能和和企企业整体效益有着重要意义业整体效益有着重要意义 谢谢！谢谢！。