高压变频器原理和设计方案

l 变压器柜构成：

变压器柜内主要为高压隔离移相变压器。以6 kV高压变频调速系统为例，当采用1700V级的IGBT时，功率柜中每相由6个功率单元组成。这些单元皆由隔离移相变压器二次侧供电，且二次侧依次相差一个相位差，可实现多重化串联整流。在移相变压器的一次侧中，各折算的二次侧电流叠加后，其电流波形非常逼近正弦波，因此对电网的谐波干扰非常小，完全满足国际、国内包括IEEE.519-1992和GB/T14549-93在内各种标准的要求。同时，也改善了系统的功率因数。

变压器柜中同时包括温度监测控制器的测温点（其温控器安装在控制柜内），它实时循环监测各相绕组的温度，当温度高于预定设置值时，会启动变压器柜下部的6个冷却风扇。同时，变压器温度监测控制器会及时在变压器故障时，把信息立即反馈给控制柜，保证了变压器的可靠运行。

l 功率柜构成：

功率柜是变频器功率主电路核心的部分，它由多个完全相同的功率单元组成，各功率单元的输出电压串联叠加后组成输出到电机的三相电压。功率单元中的主功率器件为IGBT，所采用的IGBT耐压为1700V级的IGBT。

以6kV的高压变频器调速系统为例，当采用1700V的IGBT时，每相中包含5个或6个功率单元，而每个功率单元的输出电压为交流693V，则相电压为6×693，即3464V，相应的，其线电压为6kV。

若所设计的装置为10kV变频调速系统，采用的器件也是1700V级的IGBT，则每相中包含8个或9个功率单元。

通过采用了具有自主知识产权的优化PWM（脉冲宽度调制）控制技术，使得输出到电机的电压波形非常接近正弦波，谐波含量小，dv/dt小，无须额外增加滤波器，可以直接输出到普通异步电动机，且对变频器到电机的电缆长度没有要求。

功率单元和控制柜之间通过高速可靠的光纤进行通信，可有效避免电磁干扰，提高系统的可靠性。

l 控制柜构成：

控制柜是整个高压变频调速系统的核心，它根据用户在本地或远程的操作和设置，并采集系统中电压、电流模拟量，及各开关量，进行逻辑处理和计算后，决定并控制各功率单元的动作，进一步驱动电机，满足输出要求。

控制柜中包括不间断电源UPS、断路器、可编程逻辑控制器PLC、DSP 控制板、IO板、光纤板、液晶操作人机界面及控制按钮、开关等。其中，所有的计算在 DSP 控制板中进行。控制核心为专业设计的双DSP（数字信号处理器），并辅之以FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件），它们的采用不但可进行高速运算，实现复杂的控制功能，而且还大大简化了控制电路的设计，提高了控制系统的可靠性。