電源：高壓變頻器原理

7 移相變壓器的原理是什么?

答： 以6 kV 變頻器的輸入移相變壓器為例，原邊繞組為6 kV，副邊共18 個(gè)三相繞組，每組輸出電壓為630 V。每個(gè)繞組為延邊三角形接法，分別有相等的移相角度差，每個(gè)繞組接一個(gè)功率單元，如圖5 所示。這種移相接法可以有效地消除35次以下的諧波，也就是我們經(jīng)常說的36脈沖整流可以有效地消除35次以下的諧波。因此采用移相隔離變壓器進(jìn)行隔離降 壓，可以保證變頻器系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制值以內(nèi)。

8 H級(jí)絕緣干式變壓器，H級(jí)代表什么意義?

答：干式變壓器的耐熱絕緣等級(jí)分為B 級(jí)、F級(jí)、H級(jí)及C級(jí)等。這些變壓器的出現(xiàn)可以讓用戶有更多的選擇。其材料的耐熱絕緣等級(jí)與其最高工作溫度的關(guān)系如表1 所列。

9 什么是可控整流?

答：整流電路按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。如圖6 所示，整流橋功率器件全由類似IGBT 全控開關(guān)器件組成的整流電路稱為可控整流;若由類似晶閘管半控開關(guān)組成則稱為半控整流;若由類似二極管不可控開關(guān)器件組成則稱為不可控整流。

10 多級(jí)功率單元串聯(lián)高壓變頻器靠什么提高功率因數(shù)?

答： 多級(jí)功率單元串聯(lián)高壓變頻器可提高功率因數(shù)，這是由二級(jí)管整流電路和移相變壓器的特性決定的。變壓器漏感較小且沒有直流平波電感時(shí)，二極管整流電路的基波 功率因數(shù)很高，通用變頻器里也是一樣。但由于通用變頻器沒有移相變壓器，因此其輸入電流中較高的諧波含量降低了其整體的功率因數(shù)，在直流側(cè)或者交流輸入側(cè) 加裝電抗器可以降低諧波含量，但會(huì)降低其整體的功率因數(shù)。多級(jí)功率單元串聯(lián)高壓變頻器由于裝有移相變壓器，因而消去了輸入電流中的絕大部分諧波，又保留了 二極管整流電路的高功率因數(shù)特性，因此具有較高的功率因數(shù)。對(duì)于電壓源型變頻器，稱其內(nèi)部安裝的直流母線平波電容具有無功補(bǔ)償作用是不正確的，變頻器內(nèi)安 裝的直流電容的容量和變頻器的輸入功率因數(shù)基本沒有什么關(guān)系。

11 為什么單元串聯(lián)型變頻器都采用電解電容作為濾波環(huán)節(jié)?

答：目前，在變頻器設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，所采用電容有電解電容以及MKK自愈式電力電容器兩種。

高 壓變頻器在設(shè)計(jì)過程中，充分考慮變頻器發(fā)熱以及電流沖擊對(duì)電容器的影響，針對(duì)電容器的環(huán)境溫度對(duì)電容器的壽命的影響，變頻裝置在設(shè)計(jì)過程中為電容器設(shè)計(jì)專 門的散熱通道，保證電容器運(yùn)行的環(huán)境溫度不高于45益;通過精確的移相式PWM 算法，確保每個(gè)功率單元平均分配負(fù)荷，保證電容器不受到電流的沖擊。故電解電容只要正確使用完全能滿足高壓變頻器正常運(yùn)行的需要，在多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù) 方案中，電解電容是最佳的選擇。

MKK 自愈式電力電容器由于受到自身容量的限制，所以其單位容量所承受的電流遠(yuǎn)大于電解電容，故溫升更大，影響壽命，而且其價(jià)格也比電解電容高。

12 每相6 個(gè)單元串聯(lián)的高壓變頻器的相電壓電平數(shù)為多少?線電壓電平數(shù)為多少?整流脈沖數(shù)為多少?

13 為什么說dv/dt 取決于功率單元二次電壓?

答：dv/dt 即電壓變化率，功率單元IGBT 開關(guān)一次，變頻器輸出的電壓增加或者減少一個(gè)功率單元二次側(cè)的直流電壓值，而IGBT的開關(guān)時(shí)間很短，為1 滋s左右，故dv /dt 取決于功率單元二次側(cè)電壓，如功率單元二次側(cè)直流電壓為900 V，則可以認(rèn)為該變頻器的dv/dt為900 V/滋s。

14 為什么功率單元串聯(lián)型高壓變頻器輸出不需要濾波器?

答：功率單元串聯(lián)型變頻裝置輸出符合IEEE519原1992 及中國電力行業(yè)對(duì)電壓失真最嚴(yán)格的要求，高于國標(biāo)GB14549原93 對(duì)諧波失真的要求。變頻裝置考慮將對(duì)電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：

1)移相變壓器;

2)單元串聯(lián)技術(shù);

3)優(yōu)化的PWM 算法;

4)多脈沖整流技術(shù)(36 脈沖整流)，故功率單元串聯(lián)型高壓變頻器的輸出不需要濾波器，就可以拖動(dòng)普通異步或同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

15 什么是變頻器的控制方式?高壓變頻器有哪幾種控制方式?

答： 各種電動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)調(diào)速時(shí)，都必須采取一些輔助手段，以改善電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能。以直流電動(dòng)機(jī)為例，在調(diào)速過程中，必須加入電流反饋環(huán)節(jié)(內(nèi)環(huán))和 轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)(外環(huán))，才能使它的調(diào)速特性趨于完善。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速也不例外，為了改善其在調(diào)速過程中的機(jī)械特性和調(diào)速性能，也必須采取一些必要的 措施。異步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，可采取的方法較多，比較靈活，可以通過功能預(yù)置方便地進(jìn)行選擇。變頻器說明書中所謂的控制方式，就是指在變頻器調(diào)速的 情況下，改善異步電動(dòng)機(jī)特性的方式。

一般來說，變頻器主要有以下幾種控制方式。

1)V/f 控制方式即通過調(diào)整變頻器輸出側(cè)的電壓頻率比(U/f比)的方法，來改變電動(dòng)機(jī)在調(diào)速過程中機(jī)械特性的控制方式。

2)空間電壓矢量控制方式是一種模擬直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速特點(diǎn)的控制方式，效果較好。根據(jù)其有無轉(zhuǎn)速反饋又可分為：

(1)無速度反饋矢量控制方式即不需要轉(zhuǎn)速反饋的控制方式;

(2)有速度反饋矢量控制方式即需要加入轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的控制方式。

3)直接轉(zhuǎn)矩控制方式這是部分變頻器采取的一種控制方式，可以通過直接控制輸出轉(zhuǎn)矩的大小來調(diào)速，其控制結(jié)果與矢量控制類似，但各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

4) 矩陣式交交控制方式矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而可省去體積大、價(jià)格高的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng) 的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。