中压变频器及应用综述

3 中压变频器的方案选择
中压变频器的应用正在逐步推广， 中压变频器的应用正在逐步推广，其在节能和提高企业自动化水平方面发挥了重要作 有些需调速的中压电机是生产过程的关键设备，由于其投资较大， 用，有些需调速的中压电机是生产过程的关键设备，由于其投资较大，因此要对中压 变频器及负载情况做综合的分析和比较再做选择。近年来， 变频器及负载情况做综合的分析和比较再做选择。近年来，在中压变频器的应用过程 也出现了一些值得注意的问题：如在中— 中方案中， 中，也出现了一些值得注意的问题：如在中—低—中方案中，没有合理处理变频器输 出含有高次谐波及直流分量问题，导致设备运行不理想；有些中压电机为恒转矩负载， 出含有高次谐波及直流分量问题，导致设备运行不理想；有些中压电机为恒转矩负载， 或较高的起动转矩和加速转矩，并非所有的中压变频器都能适用， 或较高的起动转矩和加速转矩，并非所有的中压变频器都能适用，由于选择不当造成 设备长期处于故障状态，既影响生产也造成投资浪费，这方面也有教训： 设备长期处于故障状态，既影响生产也造成投资浪费，这方面也有教训：无论在新的 工程项目还是在技改项目中采用中压变频器时应综合考虑供货商的技术方案、 工程项目还是在技改项目中采用中压变频器时应综合考虑供货商的技术方案、解决工 程问题的能力、售后服务质量等，在选择时应做较长期的考虑，要考虑几年后的发展， 程问题的能力、售后服务质量等，在选择时应做较长期的考虑，要考虑几年后的发展， 因设备的运行是长期的。从近二十年低压变频器的应用和实践可以得出结论， 因设备的运行是长期的。从近二十年低压变频器的应用和实践可以得出结论，销售业 绩好的公司都十分重视售后服务，都建立了24小时服务体系 随着高压IGBT、 小时服务体系。 绩好的公司都十分重视售后服务，都建立了24小时服务体系。随着高压IGBT、IGCT 等电力电子器件的开发和应用，中压变频器也得到了迅速发展。 等电力电子器件的开发和应用，中压变频器也得到了迅速发展。新器件的采用将使中 压变频器的结构更加简单可靠。对于6kV中压电机 有直接采用高压变频器的， 中压电机， 压变频器的结构更加简单可靠。对于6kV中压电机，有直接采用高压变频器的，如西 门子MV系列中压变频器 已在国内取得众多的业绩。由于国内供配电与国外的差异， 系列中压变频器， 门子MV系列中压变频器，已在国内取得众多的业绩。由于国内供配电与国外的差异， 用户应根据具体负载情况选择最佳方案以获得最佳的经济效益。在6kV中压电机的变 用户应根据具体负载情况选择最佳方案以获得最佳的经济效益。 6kV中压电机的变 频器改造过程中，可将Y接起动的6kV电机改为 接法，电压由6kV降为 电机改为∆ 降为3.47kV， 频器改造过程中，可将Y接起动的6kV电机改为∆接法，电压由6kV降为3.47kV，这和 国际上通行的3.3kV中压变频器接近 中压变频器接近， 国际上通行的3.3kV中压变频器接近，其综合了负载实际情况和电压源型变频器对原有 电机绝缘等级的要求，可获得合理的性能价格比；若将6kV电机改成较低的中压如 电机绝缘等级的要求，可获得合理的性能价格比；若将6kV电机改成较低的中压如 2.13kV、3.3kV、4.16kV或低压如 2.13kV、3.3kV、4.16kV或低压如690V而选择对应的中、低压变频器，这也是较为经 或低压如690V而选择对应的中 低压变频器， 而选择对应的中、 济的方案，因国外厂商在这方面已有多年的应用经验和业绩并且是标准产品， 济的方案，因国外厂商在这方面已有多年的应用经验和业绩并且是标准产品，成本较 为满足国内用户的要求， 低。为满足国内用户的要求，西门子公司将在国内生产多种规格的中低压电机以适应 驱动系统的配套，这些方案将适合于同步电机和异步电机的各种负载情况。 驱动系统的配套，这些方案将适合于同步电机和异步电机的各种负载情况。
Hale Waihona Puke Baidu
（2）美国A-B公司 美国A
A-B公司中压变频器为Bulletin1557系列，控制方式采用 公司中压变频器为Bulletin1557系列 系列， 无速度传感器直接矢量控制， 无速度传感器直接矢量控制，电机转矩可快速变化而不影 响磁通，运行效果近似直流传动装置。电路结构为交— 响磁通，运行效果近似直流传动装置。电路结构为交— 交电流源型，采用功率器件为GTO， 直—交电流源型，采用功率器件为GTO，综合了脉宽调 制技术和电流源功率结构的优点；其谐波符合IEEE519制技术和电流源功率结构的优点；其谐波符合IEEE5191992， 1992，A-B可提供几种方案以满足谐波抑制的要求，如标 可提供几种方案以满足谐波抑制的要求， 准的12脉冲或 脉冲整流器 脉冲或18脉冲整流器， 准的12脉冲或18脉冲整流器，标准的谐波滤波器或功率 因数补偿器及PWM整流器等 整流器等。 18脉冲整流器结构的 因数补偿器及PWM整流器等。图2为18脉冲整流器结构的 Bulletin1557变频器 Bulletin1557变频器。 变频器。 A-B公司于近期推出新一代的中压变频器PowerFlex7000， 公司于近期推出新一代的中压变频器PowerFlex7000， 具有系统结构简单的特点，采用SGCT具有系统结构简单的特点，采用SGCT-对称门极换流晶闸 电流源-PWM技术 技术、 管、电流源-PWM技术、直接矢量控制技术加上其固有的 能量再生能力、制动及加减速性能好，且使用简单。 能量再生能力、制动及加减速性能好，且使用简单。
2 中压变频器产品及概况
（1）西门子公司
西门子公司传动产品系列齐全，覆盖所有的应用领域，包括电流源型、 西门子公司传动产品系列齐全，覆盖所有的应用领域，包括电流源型、电压源型和公 共直流母线型。在中压变频器应用领域，西门子公司采用中— 共直流母线型。在中压变频器应用领域，西门子公司采用中—低—中方案较好地解决 (300～630)kW/6kV电机的调速问题 即在通用变频器的输入侧加一个降压变压器， 电机的调速问题， 了(300～630)kW/6kV电机的调速问题，即在通用变频器的输入侧加一个降压变压器， 在输出侧加一个升压变压器组成中压变频器驱动系统，其主要特点是可靠性高，价格 在输出侧加一个升压变压器组成中压变频器驱动系统，其主要特点是可靠性高， 较低，考虑到变频器输出含有高次谐波和直流分量，输出升压变压器需特殊设计。 较低，考虑到变频器输出含有高次谐波和直流分量，输出升压变压器需特殊设计。若 将中压6kV电机改为 电机改为690V或3300V电机 则只用降压变压器、 电机， 将中压6kV电机改为690V或3300V电机，则只用降压变压器、变频器组成变频器驱动 系统，即所谓中—低方案。中压变频器可用于新工程项目和技改项目， 系统，即所谓中—低方案。中压变频器可用于新工程项目和技改项目，在新工程项目 可根据工艺要求对电机、变频器驱动系统做出合理的选择，而在技改项目中， 中，可根据工艺要求对电机、变频器驱动系统做出合理的选择，而在技改项目中，可 将6kV电机改为3300V或更低电压等级的电机，虽增加了费用和工作量，但却使得电 6kV电机改为 电机改为3300V或更低电压等级的电机，虽增加了费用和工作量， 或更低电压等级的电机 变频器驱动系统更加合理， 低方案不仅解决了风机、 机、变频器驱动系统更加合理，中—低方案不仅解决了风机、泵等变转矩负载的调速 问题，而且对于具有较高起动转矩和加速转矩的负载（如挤压机、提升机等转矩负载） 问题，而且对于具有较高起动转矩和加速转矩的负载（如挤压机、提升机等转矩负载） 也提供了较好的解决方案。为配套方便，西门子公司已在国内提供3300V、690V中低 也提供了较好的解决方案。为配套方便，西门子公司已在国内提供3300V、690V中低 压电机。以下就西门子公司推出的采用高压IGBT、 压电机。以下就西门子公司推出的采用高压IGBT、三电平技术的直接高压中压变频器 做一介绍。 做一介绍。 SIMOVERTMV中压变频器采用具有优秀性能的矢量转换磁场定向控制原理， SIMOVERTMV中压变频器采用具有优秀性能的矢量转换磁场定向控制原理，其具有 中压变频器采用具有优秀性能的矢量转换磁场定向控制原理 极高的动态性能、极佳的转矩质量和完美的控制特性，采用高压IGBT具有可靠性高 具有可靠性高、 极高的动态性能、极佳的转矩质量和完美的控制特性，采用高压IGBT具有可靠性高、 驱动简单、触发功率低、不需要缓冲电路的特点，采用三电平技术降低对电机的冲击。 驱动简单、触发功率低、不需要缓冲电路的特点，采用三电平技术降低对电机的冲击。 MV系统原理图 系统原理图。 图1为MV系统原理图。 MV系列中压变频器保持了西门子低压变频器模块化结构的特点，其输入变压器为三绕 MV系列中压变频器保持了西门子低压变频器模块化结构的特点 系列中压变频器保持了西门子低压变频器模块化结构的特点， 采用AFE有源前端的 有源前端的MV变频器可用于弱电网 具有动能储备电源、 变频器可用于弱电网， 组，采用AFE有源前端的MV变频器可用于弱电网，具有动能储备电源、飞车再起动电 源和自动再起动功能。额定电机电压为2.3kV，3.3kV，4.16kV及6kV等规格。 源和自动再起动功能。额定电机电压为2.3kV，3.3kV，4.16kV及6kV等规格。 等规格
（4）日本三菱电机
三菱电机新近开发的适用于平方转矩负载 的中压变频器PMT-F500HV系列 系列， 的中压变频器PMT-F500HV系列，采用单 元串联多电平结构，输入侧采用24相整流 元串联多电平结构，输入侧采用24相整流 方式抑制高次谐波对电网的干扰， 方式抑制高次谐波对电网的干扰，在整个 调速范围可达到0.95的功率因数 的功率因数， 调速范围可达到0.95的功率因数，图4为 PMT-F500HV的结构原理图 PMT-F500HV的结构原理图。 的结构原理图。
中压变频器及应用综述
1 引言
变频器正向着低噪声、高性能、 变频器正向着低噪声、高性能、高可靠性方向发 通用变频器以其调速范围宽、调速精度高、 展，通用变频器以其调速范围宽、调速精度高、 动态响应快、效率高及操作方便等优点， 动态响应快、效率高及操作方便等优点，在节约 能源，控制工业生产过程， 能源，控制工业生产过程，提高企业自动化生产 水平等方面取得了良好的效果。 水平等方面取得了良好的效果。随着通用变频器 的广泛应用，中压变频器正在得到推广和应用。 的广泛应用，中压变频器正在得到推广和应用。 中压变频调速有多种方案，如中— 中方案， 中压变频调速有多种方案，如中—低—中方案， 低方案及中—中方案等， 中—低方案及中—中方案等，用户应结合本身中 压电机负载的情况选择性能价格比最优的方案。 压电机负载的情况选择性能价格比最优的方案。 本文就目前中压变频器的最新进展及应用发表一 些看法供参考。 些看法供参考。
（5）美国罗宾康公司
罗宾康公司中压变频器是由多个低压功率 单元串联叠加实现高压输出， 单元串联叠加实现高压输出，其各个功率 单元由一体化的输入隔离变压器的副边线 圈分别供电， 圈分别供电，副边线圈在绕制时相互间存 在一个小的相位差， 在一个小的相位差，以消除各单元产生的 大多数谐波电流， 大多数谐波电流，每个功率单元采用低压 IGBT构成的三相输入 单相输出的PWM变 IGBT构成的三相输入，单相输出的PWM变 构成的三相输入， 频器，输出0 480V可调电压和 可调电压和0 频器，输出0～480V可调电压和0～120Hz 可调频率的变频器， 可调频率的变频器，采用多电平的脉宽调 制技术， 制技术，输出的电压波形接近正弦波
（3）ABB公司 ABB公司
ABB中压变频器为 ABB中压变频器为ACS1000系列，以IGCT为主要开关器 中压变频器为ACS1000系列 系列， IGCT为主要开关器 采用直接转矩控制(DTC)、三电平技术。IGCT是关断 件、采用直接转矩控制(DTC)、三电平技术。IGCT是关断 增益为1 GTO，为解决GTO关断过程中众多小阴极单元 增益为1的GTO，为解决GTO关断过程中众多小阴极单元 的非均匀关断和阴极电流收缩效应， GTO门极驱动器 的非均匀关断和阴极电流收缩效应，将GTO门极驱动器 GTO集成为一个组件 集成为一个组件， GTO的负门极在 的负门极在1µs内上升到 与GTO集成为一个组件，使GTO的负门极在1µs内上升到 阳极电流的幅值，这是IGCT的基本原理 的基本原理。 阳极电流的幅值，这是IGCT的基本原理。直接转矩控制 1985年后与矢量控制技术并行发展的交流调速控制技 是1985年后与矢量控制技术并行发展的交流调速控制技 DTC中 定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。 术，在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。 目前ACS1000的功率范围为 的功率范围为315kW～5000kW， 目前ACS1000的功率范围为315kW～5000kW，输出电 压为2.3kV，3.3kV及4.16kV等 IGCT在大功率中压变频 压为2.3kV，3.3kV及4.16kV等，IGCT在大功率中压变频 器中具有一定的优势。 ACS1000的结构原理图 的结构原理图。 器中具有一定的优势。图3为ACS1000的结构原理图。