变频器中的高压变频器

人们习惯所称的高压变频器和高压电机，实际上电压一般为3~10kV, 国内主要为3kV、6kV和10kV。与电网电压相比，它只能算作中压，所以有的国外资料也称之为中压变频器和中压电气设备。

高压变频器的发展和应用离不开高电压、大电流的电力电子器件。与低压变频器中的功率开关器件相比，高压开关器件最重要的特性就是在阻断状态时能承受高电压，同时还要求在导通状态下具有高的电流密度和低的导通压降：在开关状态转换时具有足够短的导通时间和关断时间，并能承受高的du/dt和di/dt。

目前，在高压变频器中得到广泛应用的电力电子器件主要有GTO、IGBT、IGCT等。

一、高压变频器控制方式

1. 恒UIlf控制

在工业传动.上，般应用场合采用变压变频(VVVF),即UIf恒定的开环控制，这种方法的优点是实现简单，成本相对较低。比较适用于风机、水泵等大容量的拖动性工业负载。主要问题是系统的低速性能较差，不能保持磁通长久恒定，需要电压补偿，同时异步电动机要强迫通风制冷。

2.矢量控制

矢量控制可以获得很高的动、静态性能指标，由于异步电动机的参数对其影响比较大，因此此类系统多配备专用电动机，对于诸如大型轧机类，对动态性能要求较高的场合，常用到矢量控制双PWM结构的三电平电压源型高压变频器。

3.直接转矩控制

直接转矩控制系统的转矩响应迅速，限制在一拍以内，且无超调，与矢量控制相比，不受转子参数变化的影响，是一-种高静、动态性能的交流调速方法，常用于三电平高压变频装置中。

4.无速度传感器矢量控制

此种控制方式又称为直接矢量控制。罗克韦尔公司的Fowerflex7000 型变颊器就采用了这种控制方式。实现无速度传感器控制的关键，是如何从容易得到的定子电流、定子电压中计算出与速度有关的量。

矢量控制的核心是控制电机的磁通，因此磁通的观测也是无速度传感器控制的关键之一，为保证控制精度，在无速度传感器控制器中均有参考辨识部件。

二、高压变频器对电网与电动机的影响

1.对电网的影响

出于高压变频器容量一股较大， 占整个电网比例较为显著考虑，所以高压变频器对电网的谱波污染已不容忽视。解决谐波污染有两种方法：一是采取消波滤波器，对高压变现器产生的谐波进行治理，以达到供电部门的要求：二是采用诸波电流较小的变频器，变频器本身基本不对电网造成谐波污染，即采用所谓的“绿色”电力电子产品，从本质上解诀谐波污染问题。

一般电流源型 变频器用的6脉波晶闸管电流源型整流电路，其总的谐波电流失真约为30%，远高于IEEE519 1992 标准所规定的电流失真小于5%的要求，所以必须设置输入谐波滤波器。对12 脉波晶闸管整流电路，其总谐波电流失真约为10%， 仍需安装谐波滤波装置。大多数PWM电压源型变颊器都采用二极管整流电路，如果整流电路也采用PWM控制，则可以做到输入电流基本为正弦波，谐波电流很低。单元串联多电平变频器采用多重化结构，输入脉波数很高。总的谐波电流失真可低于10%， 不加任何滤波器就可满足电网无谐波失真的要求。

高压变频器的另一项综合性能指标是输入功率因数，普通电流源型变频器的输入功率因数较低，且会随着转速的下降而线性下降，因此需要设置功率因数补偿装置。二极管整流电路在整个运行范围内都有较高的功率因数，一般不必设置功率因数补偿装置。 采用全控型电力电于器件构成的PWW型整流电路，其功幸因数可调，可以做到接近1。单元串联多WM业频功事国数效高，安际动举因数在整个调递范国内可达送到0.95以上。

从以上两项指标来看，全控型电力电子器件的PWM光PWM(高低结构)变频器均属“绿色”电力电子产品。

三、对电动机的影响

高压变频器输出谱波会在电动机中引起谐波发热(铁心)和转矩脉动，且输出du/dr.、共模电压与噪声等也会对电动机有负面影响。电流源型变频器由于输出谐波和共模电压较大，电动机需降额使用和加强绝缘，且存在转矩脉动问题，使其应用受到限制。

三电平电压源型变频器存在输出谐波和du/dt等问题，一般要设置输出滤波器，否则必须使用专用电动机。对风机和水泵等一般不要 求四象限运行的设备，单元串联多电平PWM电压源型变频器在输出谐波、du/dt等方面有明显的优势，对电动机没有特殊的要求，具有较广阔的应用前景。