基于IGCT的6kV高压变频器

基于IGCT的6kV高压变频器一、本文概述随着工业技术的不断发展，高压变频器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。其中，基于绝缘栅双极晶体管（IGCT）的6kV高压变频器因其高效、可靠和灵活的特性，在电机控制、能源节约以及电网优化等方面展现出广泛的应用前景。本文旨在深入探讨基于IGCT的6kV高压变频器的设计原理、性能特点、应用领域以及发展趋势，以期为该领域的研究者和工程师提供有益的参考。本文将简要介绍IGCT的基本工作原理及其在高压变频器中的应用优势。重点分析基于IGCT的6kV高压变频器的硬件组成和软件控制策略，包括主电路设计、功率因数校正、调速控制等方面。文章还将对6kV高压变频器的性能特点进行详细阐述，如高效率、宽调速范围、低谐波污染等。在应用领域方面，本文将探讨基于IGCT的6kV高压变频器在电力、石油、化工、冶金等行业的实际应用案例，分析其在节能降耗、提高生产效率、改善电网质量等方面的具体作用。文章将展望基于IGCT的6kV高压变频器的发展趋势，包括技术创新、市场应用前景以及面临的挑战等。通过本文的阐述，读者可以对基于IGCT的6kV高压变频器有一个全面、深入的了解，为相关领域的研究和应用提供有益的参考和指导。二、IGCT技术原理及特性绝缘栅双极晶体管（IGCT）是一种结合了绝缘栅极晶体管（IGBT）和晶闸管（GTO）优点的电力电子器件。它结合了IGBT的高速开关能力和GTO的高电流处理能力，因此在高压大功率应用中表现出色。IGCT的出现，为6kV高压变频器的发展提供了强有力的技术支持。IGCT的技术原理基于其独特的结构和工作机制。其内部包含一个IGBT和一个集成的GTO，通过优化设计和制造工艺，实现了两者在性能和可靠性上的完美结合。在正常工作状态下，IGCT表现出IGBT的高速开关特性，能够实现快速、准确的电流控制。而在需要处理大电流或进行故障保护时，GTO的优异性能则得到充分发挥，确保系统的稳定运行。高电压和大电流处理能力：IGCT能够承受高达6kV的电压和数千安培的电流，使其成为高压大功率应用的理想选择。快速开关速度：得益于IGBT的高速开关特性，IGCT能够实现快速的电流通断，提高系统的动态响应能力。高可靠性：通过先进的封装技术和结构设计，IGCT具有高可靠性，能够长时间稳定工作，降低系统的维护成本。易于驱动：IGCT的驱动电路相对简单，易于实现与现有控制系统的兼容和集成。IGCT作为一种先进的电力电子器件，在6kV高压变频器中发挥着重要作用。其独特的技术原理和优异特性使得高压变频器在性能、效率和可靠性等方面得到了显著提升。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，IGCT有望在更多领域发挥更大的价值。三、6kV高压变频器总体设计基于IGCT的6kV高压变频器是工业应用中重要的电能转换设备，其总体设计关乎到整个系统的性能、效率和可靠性。在设计阶段，我们充分考虑了高压变频器的使用环境、功能需求、控制精度以及成本效益等多方面因素。在电气设计方面，我们采用了先进的IGCT（绝缘栅双极晶体管）作为功率开关元件，IGCT具有优秀的开关性能和高耐压能力，能够满足6kV高压环境下的工作要求。同时，我们优化了变频器的主电路拓扑结构，采用了多重化技术，以提高输出电压和电流的波形质量，降低谐波对电网和负载的影响。在控制系统设计方面，我们采用了高性能的数字信号处理器（DSP）作为核心控制器，实现了对IGCT开关状态的高速、精确控制。通过先进的控制算法，如矢量控制、直接转矩控制等，实现了对电机的高效、平稳调速，提高了系统的动态响应能力和控制精度。在散热和防护设计方面，我们采用了高效的风冷散热系统，并对变频器内部的关键元件进行了热设计，确保在高负荷工作状态下，设备能够稳定运行。同时，我们还加强了设备的电磁兼容性和环境适应性设计，提高了设备在恶劣工作环境下的抗干扰能力和可靠性。在结构设计方面，我们充分考虑了设备的可维护性和可扩展性，采用了模块化设计，方便后续的设备升级和维护。我们还优化了设备的布局和接线方式，简化了安装和调试过程，提高了设备的易用性。基于IGCT的6kV高压变频器的总体设计涉及电气、控制、散热、防护和结构等多个方面。我们通过对各个方面的综合考虑和优化设计，旨在打造一款性能卓越、稳定可靠、易于维护的高压变频器产品，以满足工业领域对电能转换设备的多样化需求。四、基于IGCT的6kV高压变频器关键技术基于IGCT（绝缘栅双极晶体管）的6kV高压变频器是一种高性能的电力转换设备，其关键技术主要涉及IGCT的选型与控制、高压电路设计、热设计与散热、电磁兼容与滤波以及控制策略优化等方面。IGCT的选型与控制：IGCT作为高压变频器中的核心开关器件，其选型直接影响到变频器的性能和可靠性。需要选择具有高耐压、快速开关速度、低损耗等特性的IGCT。同时，IGCT的控制策略也是关键，需要确保其在高压、高频的工作环境下能够稳定、准确地工作。高压电路设计：6kV高压变频器的高压电路设计需要解决的关键问题包括高压隔离、电气安全、以及高效率的功率转换。需要采用先进的高压隔离技术，确保控制电路与高压电路之间的安全隔离。同时，通过优化功率转换电路的设计，提高变频器的效率。热设计与散热：IGCT在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散出，将影响器件的性能和寿命。因此，热设计与散热是高压变频器设计中的关键。需要采用高效的散热结构，如散热片、风扇等，确保IGCT工作在合适的温度范围内。电磁兼容与滤波：高压变频器在工作过程中会产生电磁干扰，影响周围电气设备的正常运行。因此，需要采取电磁兼容措施，如滤波、屏蔽等，降低电磁干扰的影响。同时，也需要设计合适的滤波器，滤除变频器产生的谐波和噪声。控制策略优化：控制策略的优化对于提高高压变频器的性能至关重要。需要研究先进的控制算法，如矢量控制、直接转矩控制等，提高变频器的调速精度和动态响应能力。同时，还需要考虑控制策略的实现方式，如数字化控制、智能控制等，提高控制系统的可靠性和灵活性。基于IGCT的6kV高压变频器的关键技术涉及多个方面，需要综合考虑各种因素，采取合理的措施，确保高压变频器的性能和可靠性。五、系统仿真与实验验证为了验证基于IGCT的6kV高压变频器设计的有效性和性能，我们进行了系统仿真和实验验证。在系统仿真方面，我们采用了专业的电路仿真软件，构建了高压变频器的仿真模型。通过模拟不同负载条件和运行环境下的变频器工作状况，我们深入研究了其动态性能和稳态性能。仿真结果表明，基于IGCT的高压变频器在宽范围的速度调节和高效能量转换方面表现出色，其输出波形稳定，谐波含量低，满足高压变频器的应用要求。在实验验证方面，我们搭建了一套6kV高压变频器实验平台，包括IGCT驱动电路、控制电路、滤波电路等关键部分。通过实际运行实验，我们测试了变频器在不同电压、频率和负载下的工作性能。实验数据显示，高压变频器在额定电压下运行时，其输出频率稳定，动态响应迅速，能够满足电机的调速需求。我们还对变频器的效率进行了测试，结果显示其效率较高，能够满足节能减排的要求。通过系统仿真和实验验证，我们验证了基于IGCT的6kV高压变频器设计的可行性和性能优势。这为该型高压变频器在实际应用中的推广提供了有力支持。未来，我们还将继续优化设计方案，提高变频器的性能和可靠性，以满足更多领域的高压变频需求。六、应用案例与前景展望随着能源消耗的持续增长和对高效、节能、环保技术的不断追求，基于IGCT的6kV高压变频器在工业生产中的应用越来越广泛。IGCT技术以其独特的优势，如高可靠性、低损耗和优良的开关性能，使得6kV高压变频器在多个领域实现了显著的节能效果和工艺改进。在矿山行业，基于IGCT的6kV高压变频器被广泛应用于通风、排水、提升等关键设备的电机驱动中。通过精确控制电机转速和功率输出，变频器不仅提高了设备的运行效率，还降低了能耗和维护成本。在钢铁、化工、水泥等重工业领域，高压变频器同样发挥着重要作用，助力企业实现绿色生产和节能减排目标。随着新能源和可再生能源的快速发展，基于IGCT的6kV高压变频器在风力发电、太阳能发电等领域的应用也日益凸显。变频器通过优化风力发电机组和太阳能光伏系统的运行策略，提高了发电效率，减少了能源浪费，为新能源产业的可持续发展提供了有力支持。展望未来，随着IGCT技术的不断进步和6kV高压变频器性能的持续优化，其在工业领域的应用将更加广泛和深入。随着全球对环境保护和能源节约的日益重视，基于IGCT的6kV高压变频器将在推动工业绿色转型和可持续发展方面发挥更加重要的作用。基于IGCT的6kV高压变频器作为一种高效、节能、环保的电机驱动技术，在工业生产和新能源领域具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，相信它将为工业发展和社会进步作出更大的贡献。七、结论经过对基于IGCT的6kV高压变频器的深入研究与分析，本文得出以下结论。基于IGCT的6kV高压变频器在电力传动与控制领域的应用表现出显著的优势和潜力。其高电压、大容量的特点使得其在高压电机的调速与节能方面发挥着重要作用。IGCT作为其核心器件，具有开关速度快、通流能力强、耐受过载能力高等优点，保证了变频器的高效稳定运行。基于IGCT的6kV高压变频器在控制策略上也进行了优化和创新，实现了对电机的高效、精准控制。这不仅提高了电机的运行效率，还降低了能源消耗，对于实现绿色、可持续的能源利用具有重要意义。然而，随着技术的不断发展，对高压变频器的要求也在不断提高。未来，我们需要继续研究和探索新的控制策略、优化器件结构、提高系统可靠性等方面的工作，以进一步推动基于IGCT的6kV高压变频器在电力传动与控制领域的应用和发展。基于IGCT的6kV高压变频器作为一种高效、节能的电力传动与控制设备，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。我们期待其在未来的发展中，能够发挥出更大的作用，为电力传动与控制领域的发展做出更大的贡献。参考资料：随着工业自动化和智能化的快速发展，高压变频器作为一种高效、节能的电机控制设备，在诸多领域如矿业、电力、水泥等行业得到广泛应用。其中，6KV900KW功率单元级联型高压变频器作为一种大功率的变频器，其研制对于提升工业生产效率和能源利用效率具有重要意义。6KV900KW功率单元级联型高压变频器是一种采用直接高压级联功率单元结构，具有高电压、大功率等特点的变频器。该变频器主要由输入变压器、功率单元、输出变压器等部分组成，通过改变各功率单元的开关状态，实现输出电压的频率和幅值的调节。输入变压器设计：输入变压器起到将高压转换为适合功率单元输入电压的作用，需要考虑变压器的变比、匝数、线径等因素。在设计中，应充分考虑效率和性能，优化变压器结构，降低损耗。功率单元设计：功率单元是高压变频器的核心部分，包括整流模块、滤波电容、智能模块等。整流模块负责将输入的交流电转换为直流电，滤波电容用于平滑直流电压，智能模块则控制各功率单元的工作状态。在设计中，应注重提高功率单元的可靠性和效率。输出变压器设计：输出变压器起到将变频器输出的高压电转换为适合电机运行的电压的作用。设计时需考虑变压器的变比、匝数、线径等因素，同时应注重减小变压器损耗，提高效率。控制系统设计：控制系统是高压变频器的指挥中心，负责接收外部信号，控制各部分的工作状态。在设计中，应采用先进的控制算法和保护策略，提高系统的稳定性和可靠性。可靠性设计：由于高压变频器的工作环境较为恶劣，因此需要充分考虑其可靠性。在设计中，应采用成熟的器件和工艺，加强散热设计，提高系统的抗干扰能力。6KV900KW功率单元级联型高压变频器的研制是一项复杂而重要的任务。通过合理的方案设计和严谨的工艺控制，可以研制出高效、稳定、可靠的高压变频器，为工业自动化和智能化的发展提供有力支持。随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，高压变频器的性能和功能仍需不断优化和完善。高压开关柜是一种用于电力系统配电的设备，主要作用是在电力系统中进行控制、保护和监测。其基本构成包括断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、母线等元件。35KV高压开关柜是一种广泛应用于电力系统的配电设备，其额定电压为35KV。该设备具有较高的可靠性、安全性和稳定性，是保障电力系统稳定运行的重要设备之一。设备认知：了解35KV高压开关柜的基本构成、元件功能和工作原理。操作方法：掌握35KV高压开关柜的操作方法，包括手动操作和电动操作。维护保养：学习35KV高压开关柜的维护保养方法，包括日常检查、定期保养和故障处理。安全注意事项：学习35KV高压开关柜的安全操作规程，确保操作过程中的安全。常见故障及处理：了解35KV高压开关柜的常见故障及处理方法，提高故障处理能力。案例分析：结合实际案例，深入了解35KV高压开关柜的应用和维护实践。通过本次培训，使学员全面了解35KV高压开关柜的结构、工作原理、操作方法、维护保养和常见故障处理等方面的知识，提高学员的实际操作能力和故障处理能力，为学员在电力系统的职业生涯中打下坚实的基础。随着工业自动化的不断发展，中高压变频器在许多领域得到了广泛应用。然而，随着其普及，谐波问题也逐渐凸显出来。谐波会对电力系统、电机和相关设备产生负面影响，因此对中高压变频器谐波的分析显得尤为重要。本文将围绕中高压变频器谐波的产生、影响及抑制措施进行深入探讨。中高压变频器在运行过程中，其输入侧的整流电路会产生特征谐波。逆变电路中的电力电子器件在开关过程中也会产生谐波。这些谐波会通过中高压变频器的电缆向外传播，对电力系统、电机及相关设备造成影响。中高压变频器产生的谐波会对电力系统产生多方面的影响。谐波会导致电力系统的功率因数降低，进而增加电网的损耗。谐波会干扰电力系统的继电保护装置，可能导致误动作或拒动作。谐波还会对电力系统中的测量仪表、通信线路等造成干扰，影响其正常运行。中高压变频器产生的谐波电流注入到电机中，会导致电机产生额外的损耗，如铜损和铁损，从而降低电机的效率。谐波电流还可能导致电机产生振动和噪声，影响其稳定运行。针对中高压变频器产生的谐波问题，有多种抑制措施可供选择。优化变频器的设计是关键。通过改进整流和逆变电路的结构，可以降低特征谐波的含量。采用多重化、多电平技术可以有效减小谐波的幅值。在变频器的输入侧加装滤波器也是一种有效的抑制措施。滤波器可以滤除部分谐波，从而减少其对电力系统的影响。在实际应用中，需要根据具体工况选择合适的滤波器并进行优化配置。另外，对于电机等敏感设备，应选择具有良好谐波抑制性能的产品，以降低谐波对其造成的影响。同时，加强设备的维护和检修也是保障其稳定运行的重要手段。中高压变频器在工业自动化领域的应用日益广泛，但其产生的谐波问题不容忽视。通过对中高压变频器谐波的产生、影响及抑制措施进行深入分析，有助于更好地理解这一问题的本质，并为实际应用提供有益的指导。未来，随着技术的不断进步，相信中高压变频器的谐波问题将得到更加有效的解决。——引自DL/T1195—2012《火电厂高压变频器运行与维护规范》变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。面对变频器含有大量谐、畸变或是非工频的电量，准确的测量方法是采用具有FFT功能的仪器。对于高压、大容量的变频器进行测试，由于电压、电流数值较大，一般的仪表不能满足要求，要采用电压或电流传感器，然后再接仪表进行测量。WP4000变频功率分析仪根据搭配不同的变频功率传感器最高测试可实现电压10kV、电流7000A高压变频器的输入、输出、效率测试。高压大功率变频调速装置被广泛地应用于大型矿业生产厂、石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等行业的各种风机、水泵、压缩机、轧钢机等。在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业广泛应用的泵类负载，占整个用电设备能耗的40%左右，电费在自来水厂甚至占制水成本的50%。这是因为：一方面，设备在设计时，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工况的变化，需要泵机输出不同的流量。随着市场经济的发展和自动化，智能化程度的提高，采用高压变频器对泵类负载进行速度控制，不但对改进工艺、提高产品质量有好处，又是节能和设备经济运行的要求，是可持续发展的必然趋势。对泵类负载进行调速控制的好处甚多。从应用实例看，大多已取得了较好的效果(有的节能高达30%-40%)，大幅度降低了自来水厂的制水成本，提高了自动化程度，且有利于泵机和管网的降压运行，减少了渗漏、爆管，可延长设备使用寿命。泵类负载通常以所输送的液体流量为控制参数，为此，常采用阀门控制和转速控制两种方法。这种方法是借助改变出口阀门开度的大小来调节流量的。它是一种相沿已久的机械方法。阀门控制的实质是改变管道中流体阻力的大小来改变流量。因为泵的转速不变，其扬程特性曲线H－Q保持不变。当阀门全开时，管阻特性曲线R1－Q与扬程特性曲线H－Q相交于点A，流量为Qa，泵出口压头为Ha。若关小阀门，管阻特性曲线变为R2－Q，它与扬程特性曲线H－Q的交点移到点B，此时流量为Qb，泵出口压头升高到Hb。则压头的升高量为：ΔHb=Hb-Ha。于是产生了阴线部分所示的能量损失：ΔPb=ΔHb×Qb。借助改变泵的转速来调节流量，这是一种先进的电子控制方法。转速控制的实质是通过改变所输送液体的能量来改变流量。因为只是转速变化，阀门的开度不变，管阻特性曲线R1－Q也就维持不变。额定转速时的扬程特性曲线Ha－Q与管阻特性曲线相交于点A，流量为Qa，出口扬程为Ha。当转速降低时，扬程特性曲线变为Hc－Q，它与管阻特性曲线R1－Q的交点将下移到C，流变为为Qc。此时，假设将流量Qc控制为阀门控制方式下的流量Qb，则泵的出口压头将降低到Hc。因此，与阀门控制方式相比压头降低了：ΔHc=Ha-Hc。据此可节约能量为：ΔPc=ΔHc×Qb。与阀门控制方式相比，其节约的能量为：P=ΔPb+ΔPc=(ΔHb－ΔHc)×Qb。将这两种方法相比较可见，在流量相同的情况下，转速控制避免了阀门控制下因压头的升高和管阻增大所带来的能量损失。在流量减小时，转速控制使压头反而大幅度降低，所以它只需要一个比阀门控制小得多的，得以充分利用的功率损耗。随着转速的降低，泵的高效率区段将向左方移动。这说明，转速控制方式在低速小流量时，仍可使泵机高效率运行。在由多点、多泵站构成的供水系统中，需对泵站出口的压头进行控制，以便与管网系统适配，达到更好的系统性能指标，这可以分为恒压供水、变压供水和分时段变压供水。使泵站出口压头维持不变，是该系统控制的目标。给定出口压头为Hg。当流量Q变动时，因转速变化导致扬程特性H1－Q上下移动，泵的工作点将在H=Hg线上作水平移动（A、B、C、D）。这虽然满足了流量的要求，但因为管阻特性R变陡，造成了能量浪费。恒压供水系统实施比较方便，易于和多泵站供水的中、大型管网系统相协调，具有一定的通用性，和实用性，所以有些装备调速泵机的自来水厂乐于采用此法，在恒压控制方式下，因泵站出口处的压头维持不变，使泵并联特性与负载的实际特性之间有一定的差距，节能效果不如变压供水系统。为了节约能量，应尽量使出口压头随着流量的减小而降低(至少不能升高)，此时可采用泵站出口端“变压供水”方式。因转速下降时扬程特性下移，与管阻特性R1－Q相交于点C，流量从Qa减小到Qc（设流量Qc与恒压控制时的QB相等）。变压控制形成了较大的压差H=Hac，因而可节约阴线部分所示的能量。变压供水因出口压头降低，抑制了管阻特性变化所赞成的损耗及水泵的附加损耗，节能效果显著。通过分析，变频器在泵类负载的调速过程中，是可以供水方式进行优化的，已达到更好的节电效果。高压变频器的种类繁多，其分类方法也多种多样。按着中间环节有无直流部分，可分为交交变频器和交直交变频器；按着直流部分的性质，可分为电流型和电压型变频器；按着有无中间低压回路，可分为高高变频器和高低高变频器；按着输出电平数，可分为两电平、三电平、五电平及多电平变频器；按着电压等级和用途，可分为通用变频器和高压变频器；按着嵌位方式，可分为二极管嵌位型和电容嵌位型变频器等等。由于在变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，随着技术的进步，高压变频器可以实现四象限运行，也能实现矢量控制，已经成为当前传动系统调速的主流产品。采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中而得名。原理是通过降压变压器，将电网电压降到低压变频器额定或允许的电压输入范围内，经变频器的变换形成频率和幅度都可变的交流电，再经过升压变压器变换成电机所需要的电压等级。这种方式，由于采用标准的低压变频器，配合降压，升压变压器，故可以任意匹配电网及电动机的电压等级，容量小的时候（<500KW）改造成本较直接高压变频器低。缺点是升降压变压器体积大，比较笨重，频率范围易受变压器的影响，还有就是由于引入了变压器使得系统效率比较低。电路拓扑结构在低压变频器的直流环节由于采用了电感元件而得名。输入侧采用可控硅移相控制整流，控制电动机的电流，输出侧为强迫换流方式，控制电动机的频率和相位。能够实现电机的四象限运行。前段引入降压变压器，将电网降压，然后连接低压变频器。低压变频器输入侧可采用可控硅移相控制整流，也可以采用二极管三相桥直接整流，中间直流部分采用电容平波并储能。逆变或变流电路常采用IGBT元件，通过SPWM变换，即可得到频率和幅度都可变的交流电，再经升压变压器变换成电机所需要的电压等级。需要指出的是，在变流电路至升压变压器之间还需要置入正弦波滤波器(F)，否则升压变压器会因输入谐波或dv/dt过大而发热，或破坏绕组的绝缘。该正弦波滤波器成本很高，一般相当于低压变频器的1/3到1/2的价格。高高变频器无需升降压变压器，功率器件在电网与电动机之间直接构建变换器。由于功率器件耐压问题难于解决，目前最直接的做法是采用器件串联的办法来提高电压等级，其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题，技术复杂，难度大。但这种变频器由于没有升降压变压器，故其效率较高低高方式的高，而且结构比较紧凑。它采用GTO，SCR或IGCT元件串联的办法实现直接的高压变频，电压可达10KV。由于直流环节使用了电感元件，其对电流不够敏感，因此不容易发生过流故障，逆变器工作也很可靠，保护性能良好。其输入侧采用可控硅相控整流，输入电流谐波较大。变频装置容量大时要考虑对电网的污染和对通信电子设备的干扰问题。均压和缓冲电路，技术复杂，成本高。由于器件较多，装置体积大，调整和维修都比较困难。逆变桥采用强迫换流，发热量也比较大，需要解决器件的散热问题。其优点在于具有四象限运行能力，可以制动。需要特别说明的是，该类变频器由于较低的输入功率因数和较高的输入输出谐波，故需要在其输入输出侧安装高压自愈电容。电路结构采用IGBT直接串联技术，也叫直接器件串联型高压变频器。其在直流环节使用高压电容进行滤波和储能，输出电压可达8KV，其优点是可以采用较低耐压的功率器件，串联桥臂上的所有IGBT作用相同，能够实现互为备用，或者进行冗余设计。缺点是电平数较低，仅为两电平，输出电压dV/dt也较大，需要采用特种电动机或加装共模电压滤波器和高压正弦波滤波器，其成本会增加许多。由于它与低压变频器有着一样的拓扑结构，因此它像低压变频器一样具有四象限运行功能，也可以实现矢量控制。这种变频器同样需要解决器件的均压问题，一般需特殊设计驱动电路和缓冲电路。对于IGBT驱动电路的延时也有极其苛刻的要求。一旦IGBT的开通、关闭的时间不一致，或者上升、下降沿的斜率相差太悬殊，均会造成功率器件的损坏.它既可以实现二极管中点嵌位，也可以实现三电平或更多电平的输出，其技术难度较直接器件串联型变频器低。由于直流环节采用了电容元件，因此它仍属于电压型变频器。这种变频器需要设置输入变压器，它的作用是隔离与星角变换，能够实现12脉冲整流，并提供中间嵌位零电平。通过辅助二极管将IGBT等功率器件强行嵌位于中间零电平上，从而使IGBT两端不会因过压而烧毁，又实现了多电平的输出。这种变频器结构，输出可以不安装正弦波滤波器。但是由于采用了变压器，成本上有所增加。它采用同桥臂增设悬浮电容的办法实现了功率器件的嵌位，这种变频器应用的比较少。这是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计，由于采用功率单元相互串联的办法解决了高压的难题而得名，可直接驱动交流电动机，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器。6KV变频器，可以有15个或者18个功率单元组成，每相由5或者6台功率单元相串联，并组成Y形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。变频器的输入部分是一台移相变压器，原边Y形连接，副边采用延边三角形连接，共15到18副三相绕组，分别为每台功率单元供电。它们被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有5到6副三相小绕组，之间均匀相位偏移5或者10度。②整流电路的多重化，脉冲数多达30或36，功率因数高，输入谐波小。由于变压器采用延边三角形接法，实现5度或者10度的移相，由于工艺原因造成相应的误差，使得变压器内部环流大，发热量高，变压器效率低，从而整个系统效率下降。由于随着负载率的不同，不是所有的功率单元都输出功率，导致谐波不能互相抵消。因此在低于额定负载时，谐波增加很快。由于同样原因，使得启动转矩较小，电机抖动及发热较大，噪声也较高。由于需要保护电机不受共模电压的影响需要将电机接地，因此将共模电压引到了变压器上，使得变压器承受了更大的电应力，使得变压器可靠性降低，寿命降低。随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大，对电网和电机都有影响。发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实现PWM逆变，甚至是PWM整流。不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。变频器是一种使电动机变速运行进而达到节能效果的设备，习惯上把额定电压在3kV到10kV之间的电动机称为高压电机，因此一般把针对3kV至10kV高电压环境下运行的电动机而开发的变频器称为高压变频器。与低压变频器相比，高压变频器适用于大功率风电、水泵的变频调速，可以收到显著的节能效果。随着节能环保需求的增加以及装备升级改造步伐的加快，中国高压变频器行业呈现稳步增长态势，市场规模从2005年的11亿元增至2011年的63亿元，年复合增长率达到4%；在变频器中的比重也从2006年的9%增至2011年的8%。2012年随着下游行业变频化率的提升，高压变频器市场增长速度有望达到92%。中国高压变频器行业主要有以下几个运行特点随着技术研究的进一步深入，在理论上和功能上国产高压变频器已经可以与进口变频器相比肩，但是受工艺技术的限制，与进口产品的差距还是比较明显。这些状况主要表现在如下几个方面：①国外各大品牌的产品正加紧占领国内市场，并加快了本地化的步伐。③国产高压变频器的功率也越做越大，目前国内最大的应用做到了20000KW。⑦变频器中使用的功率半导体关键器件完全依赖进口，而且相当长时间内还会依赖进口。⑧与发达国家的技术差距在缩小，具有自主知识产权的产品正应用在国民经济中。国外各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特点。在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。其现阶段发展情况主要表现如下：⑤能够生产变频器中的功率器件，如IGBT、IGCT、SGCT等。交流变频调速技术是强弱电混合，机电一体的综合技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它必定会分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题，后者要解决的软硬件控制问题。因此，未来高压变频调速技术也将在这两方面得到发展，其主要表现为：②高压变频器将向着直接器件高压和多重叠加（器件串联和单元串联）两个方向发展。③更高电压、更大电流的新型电力半导体器件将应用在高压变频器中。④现阶段，IGBT、IGCT、SGCT仍将扮演着主要的角色，SCR、GTO将会退出变频器市场。⑤无速度传感器的矢量控制、磁通控制和直接转矩控制等技术的应用将趋于成熟。⑥全面实现数字化和自动化：参数自设定技术；过程自优化技术；故障自诊断技术。⑦应用32位MCU、DSP及ASIC等器件，实现变频器的高精度，多功能。⑧相关配套行业正朝着专业化，规模化发展，社会分工将更加明显。随着本土高压变频器得到更多的用户的认可，本土品牌凭借良好的性价比优势正在逐步扩大在国内的市场份额。品牌：国外品牌多为综合自动化供应商，拥有多种自动化产品的品牌关联效应。这种关联效应还体现在譬如渠道等其他资源的共享上。因此这种“品牌推广”对于该品牌的产品销售有很好的推动作用。而本土品牌在自动化产品结构上相对比较单一，更多的是“产品推广”的营销策略，因此有一定劣势。但是随着本土品牌在市场的逐渐历练成熟，“产品推广”的营销策略也正在向“品牌推广”转变。另外，国外品牌也实施积极的市场策略，ABB的ACS2000系列可能就是应对国内企业风机泵压缩机等市场的。对于本土品牌，在电气传动领域，平方转矩或曰恒功率负载一直是其进入市场的切入点，也是传动领域的低端市场技术：技术已经不成为进入这一行业的壁垒，而稳定性及产品性能则逐渐成为各个厂商面临的主要技术问题。国外品牌由于产品技术相对成熟，行业应用经验也相对丰富，因此在故障率，元器件质量、以及超大功率产品上用户相对比较满意。但是随着本土品牌的不断发展，这一差距也在逐步缩小。价格：毋庸置疑，价格优势是本土品牌的巨大优势。这种优势是短期内不会改变的。而这一特点也迎合了金融危机后，用户要求性价比，注重减少项目成本的需求。资金：由于高压变频器的单价较高，收款周期都较长，资金的充裕性成为关键的竞争力之一，在这一点上，国外品牌压力较小。通过发展，本土品牌也已积累了一定的资金实力，部分国内厂商已经拥有较充足的资金应对资金流问题以及进行产品的研发与升级。另外，广州智光、哈尔滨九洲、合康亿盛等本土品牌陆续上市，也表明这一行业如低压变频一样会出现更多资本运作。国内厂商逐步度过发展期，开始寻求资本运作，以期提升企业规模效应。纵观国内外品牌，技术竞争，营销竞争已经进入白热化，但是随着各品牌针对的目标市场逐渐细化，市场竞争不止表现为价格，也是品牌竞争，脱离制造环节，转向前端的品牌及研发设计，后端的渠道及服务，也是这一领域可行的商业模式。同时，如何提高管理水平，严格成本控制，优化资金流，人才引进等逐渐成为各品牌之间竞争的核心内容。这种“软实力”的竞争将在未来更加激烈。一是加强中国变频器行业协会作用。通过组织和举办行业发展研讨会等方式，统一行业企业认识，避免行业出现恶性价格竞争情况;出面协调行业企业与政府、社会、上下游客户的相互关系，积极协助政府落实有关节能降耗政策。二是以人为本。随着新产品的开发和应用拓宽进程的加速，人才的培养和补充成为未来行业能否维持高速成长的关键。变频器企业在培养和尊重人才的同时，在使用及留住人才方面，应避免无序竞争控制工程网版权所有，树立行业全局意识。三是企业要大力发展推进产业结构和产品结构的调整，依靠科技进步，努力转变经济增长方式。健全和完善销售服务体系，提高企业整体服务水平。构建细化产业发展战略联盟，鼓励产业集中向优势企业转移。四是大力加强国家及行业标准化工作的开展。据了解，现有涉及变频调速设备的3个标准都是以大的传动设备系统出现，变频调速设备只是作为一个部件。因此，变频调速设备还没有独立可执行的生产、检测、验收等方面的标准。对此，成立全国变频调速设备标准化技术委员会相关材料已上报国标委，行业协会今后将逐步启动变频调速设备标准的制修订工作，逐步实现变频调速设备通用标准、各行业特性标准、技术标准、产品标准、方法标准相配套的体系。高压变频器行业下游可谓是冰火两重天。从下游高压变频器市场规模增速看，好的行业是水化工增幅达到10%，化工行业增幅达到7%，石化行业增幅达到6%、石油行业增幅达到6%，增速不好的的行业有冶金、建材、矿山、电力，分别萎缩7%、8%、9%、12%。尽管，整个高压变频器市场没有出现持续的爆发式的增长，但我国变频器品牌已经涵盖了几乎所有领域，而且相对国际品牌有信价比优势。内资高压变频器的市场占比已经超过55%.从企业排名看，合康变频增长2%，市场占比13%，已经跻身行业首位的位置;利德华福市场占比12%、西门子占比11%、ABB占比9%、东方日立占比5%.国电四维发展速度较快，2012年增长44%，行业占比接近5%.纵观近些年整个高压变频器市场，其价格的底线到了。内资企业价格战几乎不可能，外企还有很大利润空间。外资品牌至少还具有10%的空间，西门子、abb、东芝三菱，可能有特价，但不会全面降价。他们都通过代工或是其他品牌做，但是仍然价格高。（1）高压变频器的E端要与控制柜及电机的外壳相连，要接保安地，接地电阻应小于100Ω，可吸收突波干扰。（2）高压变频器的输入或输出端加装电感式磁环滤波器。平性并绕3-4圈，有助于抑制高次谐波（此方法简单易行，价格低廉）。（3）上述磁环滤波器还可根据现场情况加绕在高压变频器控制信号端或模拟信号给定端的（4）装有高压变频器的电控柜中，动力线和信号线应分开穿管走线，金属软管应接地良好。（6）还可通过调整高压变频器的载频来改善干扰。频率越低，干扰越小，但电磁噪声越大。（7）RS485通讯口与上位机相连一定要采用光电隔离的传输方式，以提高通信系统的抗（8）外配计算机或仪表的供电要和高压变频器的动力装置供电分开，尽量避免共享一个内（9）在受干扰的仪表设备方面也要进行独立屏蔽，市场上的温控器、PID调节器、PLC、传感器或变送器等仪表，都要加装金属屏蔽外壳并与保安地相连。必要时，可在此类仪表的电源进线端加装上述的电感式磁环滤波器。高压变频器一般的安装环境要求：最低环境温度-5℃，最高环境温度40℃。大量研究表明，高压变频器的故障率随温度升高而成指数的上升，使用寿命随温度升高而成指数的下降，环境温度升高10℃，高压变频器使用寿命将减半。高压变频器运行情况是否良好，与环境清洁程度也有很大关系。夏季是高压变频器故障的多发期，只有通过良好的维护保养工作，才能够减少设备故障的产生，请用户务必注意。在夏季高压变频器维护时，应注意变频器安装环境的温度，定期清扫变频器内部灰尘，确保冷却风路的通畅。加强巡检，改善变频器、电机及线路的周边环境。检查是否紧固，保证各个电气回路的正确可靠连接，防止不必要的停机事故发生。认真监视并记录变频器人机界面上的各显示参数，发现异常应即时反映认真监视并记录变频室的环境温度，环境温度应在-5℃～40℃之间。移相变压器的温升不能超过130℃夏季温度较高时，应加强变频器安装场地的通风散热。确保周围空气中不含有过量的尘埃，酸、盐、腐蚀性及爆炸性气体夏季是多雨季节，应防止雨水进入变频器内部（例如雨水顺风道出风口进入）变频器柜门上的过滤网通常每周应清扫一次；如工作环境灰尘较多，清扫间隔还应根据实际情况缩短变频器正常运行中，一张标准厚度的A4纸应能牢固的吸附在柜门进风口过滤网上变频室的通风、照明必须良好，通风散热设备（空调、通风扇等）能够正常运转。用带塑料吸嘴的吸尘器彻底清洁变频器柜内外，保证设备周围无过量的尘埃。变频器长时间停机后恢复运行，应测量变频器(包括移相变压器、旁通柜主回路)绝缘，应当使用2500V兆欧表。测试绝缘合格后，才能启动变频器检查所有电气连接的紧固性，查看各个回路是否有异常的放电痕迹，是否有怪味、变色，裂纹、破损等现象每次维护变频器后，要认真检查有无遗漏的螺丝及导线等，防止小金属物品造成变频器短路事故。特别是对电气回路进行较大改动后，确保电气连接线的连接正确、可靠，防止'反送电'事故的发生。选择过高的电压等级造成投资过高，回收期长。电压等级的提高，电机的绝缘必须提高，使电机价格增加。电压等级的提高，使变频器中电力半导体器件的串联数量加大，成本上升。可见，对于200～2000kW的电机系统采用6kV、10kV电压等级是极不经济、很不合理的。变频器装置投入6kV电网必须符合国家有关谐波抑制的规定。这和电网容量和装置的额定功率有关。短路容量在1000MVA以内，1000kW装置12相（变压器副边双绕组）即可，如果24相功率就可达2000kW，12相基本上消除了幅值较大的5次和7次谐波。整流相数超过36相后，谐波电流幅值降低不显著，而制造成本过高。如果电网短路容量2000MVA，则装置容许容量更大。从电力电子器件特性及安全系数考虑电压等级的必要性，受电力电子器件电压及电机允许的dv/dt限制，6kV变频器必须采用多电平或多器件串联，造成线路复杂，价格昂贵，可靠性差。对于6kV变频器若是用1700VIGBT，以美国罗宾康的PERFECTHARMONY系列6kV高压变频器为例，每相由5个额定电压为690V的功率单元串联，三相共60只器件。若是用3300V器件，也需3串共30只器件，数量巨大。另一方面装置电流小，器件的电流能力得不到充分利用，以560kW为例，6kV电机电流仅60A左右，而1700V的IGBT电流已达2400A，3300V器件电流达1600A，有大器件不能用，偏要用大量小器件串联，极不合理。即使电机功率达2000kW，电流也只有140A左右，仍很小。国外的中压变频器有多个电压等级：1kV，3kV，3kV，2kV，6kV，它们主要由电力电子器件的电压等级所确定。输出同样功率的变频器，使用较高电压或较多单元串联所花的代价大于用较低电压，较少数量而电流较大单元的代价，也就是说在器件电流允许条件下应尽可能选用低的电压等级。为了隔离、改善输入电流及减小谐波，所有的中压“直接变频”器都不是真正的直接变频，其输入侧都装有输入变压器，这种配置短时间内不会改变。既然输入侧有变压器，变频器和电机的电压就没有必要和电网一样，非用10kV和6kV不可，功率2500kW以下电压可以不超过3kV，因此就有了变频器和电机的合理电压等级问题。200kW～800kW以下的变频调速宜选用380V或660V电压等级。它线路简单，技术成熟，可靠性高，dv/dt小，价格便宜。仍以560kW电机为例，630kW660V的低压变频器约35万，而同容量6000V中压变频器约90万。实现的方法有低-低，低-高，高-低和高-低-高等几种形式。由于电机，变压器的价格远低于变频器，即使更换电机、变压器也合理。自建国以来传统的6kV高压电机是已投产的主要产品，为了推广5kV变频器不可能再花钱更换电机，作者提出一个简便方案，以供参考。制造厂原有6kV电机一般均为星形接线，其相绕组承受实际电压为3468V，故只要将绕组改接成三角形其它不变。配5kV变频器就把变频器电压从6kV下降到5kV，从表3可见5kV器件不串联就可承受3kV耐压。如果用7kV器件3串即可。制造成本将下降30%。而我国目前30MW机组最大电机2500kW采用5kV电压完全合理。从实用角度整流桥组成12相整流可消除7次谐波已基本满足电网谐波要求。因此400kW～800kW采用12相整流即可，1000kW～2500kW采用24相也可以符合要求由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析尤为重要。主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定，在回路设计时已经选定了电容器的型号，所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命，一般温度每上升10℃，寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度，另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流，从而延长电解电容器的寿命。在电容器维护时，通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况，当静电容量低于额定值的80%，绝缘阻抗在5MΩ以下时，应考虑更换电解电容器。首先应区分是由于负载原因，还是变频器的原因引起的。如果是变频器的故障，可通过历史记录查询在跳闸时的电流，超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否有过载或突变，如电机堵转等。在负载惯性较大时，可适当延长加速时间，此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流，在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内，可判断是IPM模块或相关部分发生故障。首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、V、W，分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻，来判断IPM模块是否损坏。如模块未损坏，则是驱动电路出了故障。如果减速时IPM模块过流或变频器对地短路跳闸，一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路故障；而加速时IPM模块过流，则是下半桥的模块或其驱动电路部分故障，发生这些故障的原因，多是由于外部灰尘进入变频器内部或环境潮湿引起。控制回路影响变频器寿命的是电源部分，是平滑电容器和IPM电路板中的缓冲电容器，其原理与前述相同，但这里的电容器中通过的脉动电流，是基本不受主回路负载影响的定值，故其寿命主要由温度和通电时间决定。由于电容器都焊接在电路板上，通过测量静电容量来判断劣化情况比较困难，一般根据电容器环境温度以及使用时间，来推算是否接近其使用寿命。电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和表面操作显示板以及风扇等提供电源，这些电源一般都是从主电路输出的直流电压，通过开关电源再分别整流而得到的。因此，某一路电源短路，除了本路的整流电路受损外，还可能影响其他部分的电源，如由于误操作而使控制电源与公共接地短接，致使电源电路板上开关电源部分损坏，风扇电源的短路导致其他电源断电等。一般通过观察电源电路板就比较容易发现。逻辑控制电路板是变频器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大规模集成电路，具有很高的可靠性，本身出现故障的概率很小，但有时会因开机而使全部控制端子同时闭合，导致变频器出现EEPROM故障，这只要对EEPROM重新复位就可以了。IPM电路板包含驱动和缓冲电路，以及过电压、缺相等保护电路。从逻辑控制板来的PWM信号，通过光耦合将电压驱动信号输入IPM模块，因而在检测模快的同时，还应测量IPM模块上的光耦。冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短，临近使用寿命时，风扇产生震动，噪声增大最后停转，变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受陷于轴承，大约为10000～35000h。当变频器连续运转时，需要2～3年更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命，一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有：变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上，加装防止冲击电压的吸收装置，如RC浪涌吸收器，其接线不能超过20cm；尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主回路分离；变频器控制回路配线绞合节距离