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1、中压变频器及应用综述摘要：介绍了西门子、AB、ABB、三菱等公司中压变频器的概况及选型原则。关键词：三电平矢量控制高压IGBT1引言变频器正向着低噪声、高性能、高可靠性方向发展，通用变频器以其调速范围宽、调 速精度高、动态响应快、效率高及操作方便等优点，在节约能源，控制工业生产过程，提高 企业自动化生产水平等方面取得了良好的效果。随着通用变频器的广泛应用，中压变频器正 在得到推广和应用。中压变频调速有多种方案，如中一低一中方案，中一低方案及中一中方 案等，用户应结合本身中压电机负载的情况选择性能价格比最优的方案。本文就目前中压变 频器的最新进展及应用发表一些看法供参考。2中压变频器产品及概况（
2、1）西门子公司西门子公司传动产品系列齐全，覆盖所有的应用领域， 包括电流源型、电压源型和公共直流母线型。在中压变频器应 用领域，西门子公司采用中一低一中方案较好地解决了 （300 630）kW/6kV电机的调速问题，即在通用变频器的输入侧加一 个降压变压器，在输出侧加一个升压变压器组成中压变频器驱 动系统，其主要特点是可靠性高，价格较低，考虑到变频器输 出含有高次谐波和直流分量，输出升压变压器需特殊设计。若 将中压6kV电机改为690V或3300V电机，则只用降压变压器、 变频器组成变频器驱动系统，即所谓中一低方案。中压变频器 可用于新工程项目和技改项目，在新工程项目中，可根据工艺 要求对电机
3、、变频器驱动系统做出合理的选择，而在技改项目 中，可将6kV电机改为3300V或更低电压等级的电机，虽增加了费用和工作量，但却使得电 机、变频器驱动系统更加合理，中一低方案不仅解决了风机、泵等变转矩负载的调速问题， 而且对于具有较高起动转矩和加速转矩的负载（如挤压机、提升机等转矩负载）也提供了较 好的解决方案。为配套方便，西门子公司已在国内提供3300V、690V中低压电机。以下就西 门子公司推出的采用高压IGBT、三电平技术的直接高压中压变频器做一介绍。IMOVERTMV中压变频器采用具有优秀性能的矢量转换磁场定向控制原理，其具有极高的 动态性能、极佳的转矩质量和完美的控制特性，采用高压IG
4、BT具有可靠性高、驱动简单、 触发功率低、不需要缓冲电路的特点，采用三电平技术降低对电机的冲击。图1为MV系统 原理图。MV系列中压变频器保持了西门子低压变频器模块化结构的特点，其输入变压器为三绕 组，采用AFE有源前端的MV变频器可用于弱电网，具有动能储备电源、飞车再起动电源和 自动再起动功能。额定电机电压为2.3kV，3.3kV，4.16kV及6kV等规格。ffl 218 牛神焙妁的 Jtiitk-Un 17(2) 美国A-B公司A-B公司中压变频器为Bulletin1557系列，控 制方式采用无速度传感器直接矢量控制，电机转矩 可快速变化而不影响磁通，运行效果近似直流传动 装置。电路结构
5、为交一直一交电流源型，采用功率 器件为GTO，综合了脉宽调制技术和电流源功率结 构的优点；其谐波符合IEEE519-1992, A-B可提供 几种方案以满足谐波抑制的要求，如标准的12脉 冲或18脉冲整流器，标准的谐波滤波器或功率因 数补偿器及PWM整流器等。图2为18脉冲整流器 结构的Bulletin1557变频器。A-B公司于近期推出新一代的中压变频器PowerFlex7000，具有系统结构简单的特点， 采用SGCT-对称门极换流晶闸管、电流源-PWM技术、直接矢量控制技术加上其固有的能量再 生能力、制动及加减速性能好，且使用简单。(3) ABB公司ABB中压变频器为ACS1000系列，以
6、IGCT为主要开关器件、采用直接转矩控制(DTC)、 三电平技术。IGCT是关断增益为1的GTO,为解决GTO关断过程中众多小阴极单元的非均匀 关断和阴极电流收缩效应，将GTO门极驱动器与GTO集成为一个组件，使GTO的负门极在1以s 内上升到阳极电流的幅值，这是IGCT的基本原理。直接转矩控制是1985年后与矢量控制技 术并行发展的交流调速控制技术，在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。目前 ACS1000的功率范围为315kW5000kW，输出电压为2.3kV，3.3kV及4.16kV等，IGCT在大 功率中压变频器中具有一定的优势。图3为ACS1000的结构原理图。(4) 日本
7、三菱电机三菱电机新近开发的适用于平方转矩负载的中压变频器PMT-F500HV系列，采用单元串 联多电平结构，输入侧采用24相整流方式抑制高次谐波对电网的干扰，在整个调速范围可人帜心心 4. Wilful uiU OiZ Wroe Gobi用Supply吁此伊血血 Nd-orkmEmg田3 .1CSI倾的站冉世琐达到0.95的功率因数，图4为PMT-F500HV的 结构原理图。(5) 美国罗宾康公司罗宾康公司中压变频器是由多个低压功 率单元串联叠加实现高压输出，其各个功率单 元由一体化的输入隔离变压器的副边线圈分别供电，副边线圈在绕制时相互间存在一个小的相位差，以消除各单元产生的大多数谐波电 流
8、，每个功率单元采用低压IGBT构成的三相输入，单相输出的PWM变频器，输出0480V 可调电压和0120Hz可调频率的变频器，采用多电平的脉宽调制技术，输出的电压波形接 近正弦波。3中压变频器的方案选择中压变频器的应用正在逐步推广，其在节能和提高企业自动化水平方面发挥了重要作 用，有些需调速的中压电机是生产过程的关键设备，由于其投资较大，因此要对中压变频器 及负载情况做综合的分析和比较再做选择。近年来，在中压变频器的应用过程中，也出现了 一些值得注意的问题：如在中一低一中方案中，没有合理处理变频器输出含有高次谐波及直 流分量问题，导致设备运行不理想；有些中压电机为恒转矩负载，或较高的起动转矩和
9、加速 转矩，并非所有的中压变频器都能适用，由于选择不当造成设备长期处于故障状态，既影响 生产也造成投资浪费，这方面也有教训：无论在新的工程项目还是在技改项目中采用中压变 频器时应综合考虑供货商的技术方案、解决工程问题的能力、售后服务质量等，在选择时应 做较长期的考虑，要考虑几年后的发展，因设备的运行是长期的。从近二十年低压变频器的 应用和实践可以得出结论，销售业绩好的公司都十分重视售后服务，都建立了 24小时服务 体系。随着高压IGBT、IGCT等电力电子器件的开发和应用，中压变频器也得到了迅速发展。新器件的采用将使中压变频器的结构更加简单可靠。对于6kV中压电机，有直接采用高压变 频器的，如
10、西门子MV系列中压变频器，已在国内取得众多的业绩。由于国内供配电与国外 的差异，用户应根据具体负载情况选择最佳方案以获得最佳的经济效益。在6kV中压电机的 变频器改造过程中，可将Y接起动的6kV电机改为A接法，电压由6kV降为3.47kV，这和 国际上通行的3.3kV中压变频器接近，其综合了负载实际情况和电压源型变频器对原有电机1圳拘1恤&四由mor pandImcftgr 阿d吧中#也1卬询paael绝缘等级的要求，可获得合理的性能价格比；若 将6kV电机改成较低的中压如2.13kV、3.3kV、 4.16kV或低压如690V而选择对应的中、低压变频 器，这也是较为经济的方案，因国外厂商在这
11、方 面已有多年的应用经验和业绩并且是标准产品， 成本较低。为满足国内用户的要求，西门子公司 将在国内生产多种规格的中低压电机以适应驱动 系统的配套，这些方案将适合于同步电机和异步 电机的各种负载情况。4结论采用高压IGBT开发的中压变频器以其动态性能好、可靠性高、结构简单而获得了大量 应用，高压IGBT、IGCT的开发和应用将使中压变频器获得更好的性能价格比。西门子公司 采用高压IGBT、三电平技术开发的SIMOVERTMV电压源型中压变频器可满足各类中压电机负 载的要求。为降低成本，获得更高的动态性能和可靠性，6kV中压电机变频驱动系统改造有 多种方案可供选择。中压变频器的研制、开发和应用应结合国内外供配电的实际情况，紧跟 电力电子器件如高压IGBT、IGCT开发及应用、微电子技术和控制理论的发展等，从而无论 在开发还是在应用过程中都能获得最优效果。
