库马克ES9000系列高压变频节能宝系统原理

主回路结构
        ES9000系列高压变频节能宝采用多单元串联结构，主回路主要由多绕组供电变压器和数个逆变单元构成。多绕组供电变压器为每个逆变单元单独供电，并实现单元之间的供电电源隔离和与电网之间的隔离。逆变单元是核心功率部件，其开关器件为IGBT。通过功率单元串联和叠波升压等技术措施，将多个低压变频输出的电压源直接串联，最终实现高压变频输出。典型的主回路结构如下图所示。

        功率单元内部结构如图所示，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。
功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制(PWM)方式，控制Q1～Q4、4个IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，U1和U2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，U1和U2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，U1和U2的输出电压状态为零。
        功率单元具有旁路功能。当某个单元发生熔断器故障、过热、过压和IGBT故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相对应位置上的单元将自动旁路，此时Q1～Q4封锁输出，可控硅K导通，以保证ES9000连续工作，并发出旁路告警。
        小功率ES9000的单元旁路器件采用接触器，大功率ES9000的单元旁路器件采用二极管、可控硅组件。

输入侧移相变压器供电原理
         ES9000高压变频节能宝的输入侧配置有多绕组隔离变压器，变压器的副边有多个相互隔离的三相绕组，每三个三相绕组组成一个同相位组，向三个单元独立供电，形成6脉冲整流输入。6KV等级的ES9000有6个同相位组，6个同相位组构成36脉冲输入；10KV等级的ES9000有9个同相位组， 9个同相位组构成54脉冲输入；
         ES9000的多脉冲输入特性使其具有良好的电网侧性能指标，其输入波形接近完美正弦波，完全满足IEEE519-1992和GB/T14549-2002标准的要求，并且能保证接近于1.0的输入功率因数。

输出侧单元叠加逆变原理
        ES9000高压变频节能宝的输出电压是由多个三相输入、单相输出的低压功率单元逆变电压串联而成。如下图所示，数个逆变单元分成三组，每组单元数相同，组之间的电压相位差为120度，将三组单元的输出 Y 接，即可得到驱动电机所需的可变压变频三相高压电源。

        每个逆变单元都标准配置有输出旁路装置，当某个单元出现故障时，可停止其工作并将其输出旁路(即单元旁路)，同时主动停止另外二相上与之对应的单元的工作并将它们旁路，这样，尽管三相输出电压有所下降，但可达到三相平衡，系统可以维持降额运行，不停机。
每相有一个单元旁路称为1级旁路，每相有二个单元同时旁路称为2级旁路。单元旁路后，允许的最高运行转速与负载转矩特性和实际转矩大小有关。

        每个逆变单元的输出都是PWM调制正弦波，单元串联采用了多重化技术，即每相上的n个单元输出电压幅值和频率都是相同的，但其相位却相差一定角度(时间上相差1/n个开关周期)。这样，n个单元串联形成的相电压波形就具有(2n+1)个电平，使波形中的谐波含量大大降低，几乎接近于完美的正弦波。下图是3单元串联时的相电压叠加波形和实测的负载电压、电流波形。

        多重化正弦波PWM输出。6kV装置输出相电压13电平，输出线电压25电平；10kV装置输出相电压19电平，输出线电压37电平；dv/dt小，输出电压、输出电流波形接近完美正弦波，对所驱动的电机无特殊要求，可以驱动普通国产电动机。
        输入输出电缆可采用普通电力电缆，输出电缆长度可达1000米，如需更长的输出电缆长度，在订货时需提出要求。
        输出电压、电流谐波含量小，电机转矩脉动小，系统运行平稳，运行噪声低。