伺服馬達-高壓變頻器的工作原理與性能特點

　　變頻器是利用電力半導體器件伺服馬達的通斷作用將工頻電源變換爲另一頻率的電能控制裝置。隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯或單元串聯得到了很好的解決。

　　一、高壓變頻器的基本構成：

　　1、高壓變頻器的構成： 內部是由十八個相同的單元模塊構成，每六個模塊爲一組，分別對應高壓回路的三相，單元供電由移相切分變壓器進行供電。

　　2、功率單元構成： 功率單元是一種單相橋式變換器，由輸入切分變壓器的副邊繞組供電。經整流、濾波後由4個IGBT以PWM方法進行控制，産生設定的頻率波形。變頻器中所有的功率單元，電路的拓撲結構相同，實行模塊化的設計。其控制通過光纖發送。來自主控制器的控制光信號，經光/電轉換，送到控制信號處理器，由控制電路處理器接收到相應的指令後，發出相應設的IGBT的驅動信號安川變頻器，驅動電路接到相應的驅動信號後，發出相應的驅動電壓送到IGBT控制極，操作IGBT關斷和開通，輸出相應波形。功率單元中的減速馬達狀態信息將被收集到應答信號電路中進行處理，集中後經電/光轉換器變換，以光信號向主控制器發送。

　　二、高壓變頻器運行原理：

　　高壓變頻器的每個功率單元相當于一個三電平的二相輸出的低壓變頻器，通過疊加成爲高壓三相交流電，變頻器中點與電動機中性點不連接，

　　變頻器輸出實際上爲線電壓，由A相和B相輸出電壓産生的UAB輸出線電壓可達6000V，爲25階梯波。如下圖所示，爲輸出的線電壓和相電壓的階梯波形，UAB不僅具有正弦波形而且台階數也成倍增加，因而諧波成分及dV/dt均較小。

　　三、多電平單元串聯疊加高壓變頻器在運行：

　　將輸入的工頻的三相高壓交流電轉化爲可以進行頻率可調節的三相交可程式控制器流電，其電壓和頻率按照V/F的設定進行相應的調節，保持電機在不同的頻率下運行，而定子磁心中的主磁通保持在額定水准，提高電機的轉換效率。 在變頻器輸入側，由于變頻器多個副邊繞組的均勻位移，如6KV輸出時共有+250、+150、+50、-50、-150、-250共6種繞組，變頻器原邊電流中對應的電流成分也相互均勻位移，構成等效36脈動整流線路，變流轉換産生的諧波都相互抵消，湮滅。工作時的功率因數達0。95以上，不需要附加電源濾波器或功率因數補償裝置，也不會與現有的補償電容裝置發生諧振，對同一電網上運行的電氣設備沒有任何幹擾。

　　四、高壓變頻器的性能特點：

　　1、應用範圍： 調速範轉寬，可以從零轉速到工頻轉速的範圍內進行平滑安川伺服馬達調節。 在大電機上能實現小電流的軟啓動，啓動時間和啓動的方式可以根據現場工況進行調整。 頻率的調整是根據電機在低頻下的壓頻比系數進行電壓和頻率的輸出，在低轉速下，電機不僅是發熱量低，而且輸入電壓低，將使電機絕緣老化速度降低。

　　2、技術新穎 串聯多重化疊加技術的應用實現了真正意義的高-高電力變換，無需降壓升壓變換，降低了裝置的損耗，提高了可靠性，解決了高壓電力變換的困難。串聯多重化疊加技術的應用還爲實現純正弦波、消除電網諧波汙染開辟了嶄新的途徑。

　　移相變壓器

　　移相變壓器是單元串聯型多電平高壓大功率變頻器中的關鍵部件之一。

　　用低壓電力電子元件做高壓變頻器通常有兩種方法：一是用低壓元件直接串聯，另一種方法是用獨立的功率單元串聯，稱爲單元串聯型多電平高壓大功率變頻器。後者因爲比前者有更多的優點而成爲高壓大功率變頻器的主流。

　　以6kV變頻器爲例：它的每相由6個獨立的、額定電壓爲Ve=577V（峰值爲816V）的低壓功率單元串聯而成，輸出相電壓爲3464V線電壓可達6000V左右。每個功率單元承受全部輸出電流但只提供1/6相電壓和1/18的輸出功率。每個功率單元分別由變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間以及變壓器二次繞組之間相互絕緣。

　　很明顯移相變壓器在該變頻器中起了兩個關鍵的作用：一是電氣隔離作用才能使各個變頻功率單元相互獨立從而實現電壓叠加串聯，二是移相接法可以有效地消除35次以下的諧波。
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