部分：高压变频系统组成

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1、第二部分高压变频器系统组成一、主电路二、功率单元三、控制系统HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6kV、10kV，又因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。1.输入侧：移相变压器输入侧移相变压器将网侧高压变换为副边的多组低压，各副边绕组在绕制时采用延边三角接法，相互之间有一定的相位差相位差为60°/n。这种多级移相叠加的整流方式，能够消除大部分由独立功率单元引起的谐波电流，可以大大改善网侧的电

2、流波形，使变频器网侧电流近似为正弦波，使其负载下的网侧功率因数达到0.95以上。每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电图2.2为6kV系列（每相五个单元串联）输入电流实录波形，几近完美的正弦波。图2.2输入电流波形2.输出侧变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元的输出串联叠波得到。三相输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。图2.3为6kV和10kV变频器系列的电压叠加示意图。图2.3a6kV（5单元串联）电压叠加图图2.3b10kV电压叠加图图2.4为五个690VAC功率单元串联时，每个功率单元输出的电压波形及其串联后输出的相电压波形示意图，可以得到5～

3、0～-5共11个不同的电压等级。增加电压等级的同时，每个等级的电压值大为降低，从而减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，图2.5为6kV五单元变频器输出的Uab线电压波形实录图，峰值电压为8.5KV。因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，图2.6即为输出电流Ia的实录波形图，峰值电流130A。电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。图2.46kV系列5单元输出及相电压波形示意图图2.5输出线电压波形图2.6输出电流波形二、功率单元功率单元原理见图2.7，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波

4、整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1～Q4IGBT的导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。图2.7功率单元原理图功率单元可选单元旁路功能，当某个单元发生缺相故障、过热和IGBT故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时旁路开关K导通，以保证变频器连续

5、工作，并发出旁路报警。单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低，但当变频器本身运行频率较低，如6kV系列运行频率低于40Hz时，10kV系列运行频率低于43.7Hz时，变频器将自动提高工作单元的输出电压，而保证变频器输出性能不变，实现无扰动自动旁路。每个功率单元内均有一块控制板和一块驱动板。控制板原理图见图2.8。控制板通过光纤（XS4）接收来自控制器的信号，经接收解码器解码后用于对IGBT及旁路开关（可选）的控制。同时，控制板上还有各种单元故障检测电路，如过热检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源故障监测、光纤故障监测、驱动故障检测等，这些故障信号经过故障编码逻辑电路编

6、码后，由光纤（XS3）发送回控制器，实现故障保护（接口板输出故障保护跳闸及故障报警指示）和故障记忆（人机界面显示故障原因、时间、位置，并保存）。控制板上的控制电源直接取自直流母线（通过XS1），经过开关电源的隔离和变换后得到所需控制电源。因此，高压电源失电后，控制电源并不会立即消失，控制板上的电源指示灯经过几分钟后才能熄灭。这种取电方式可以确保高压电源瞬时停电跟踪功能的实现。图2.8单元控制板原理图图2.9为单元驱动板原理图。驱动板用于产生4个IGBT的驱动信号，并将IGBT的故障信号反馈到单元控制板。驱动板通过端子XS5与控制板端子XS6相连，其中L控制左桥臂上的Q1、Q3两个IGBT，R

7、控制右桥臂上的Q2、Q4两个IGBT，Q1、Q3和Q2、Q4通过反相器互锁；/INHB为IGBT禁止信号；/DR为IGBT的故障信号，反馈回控制板用于单元保护。驱动板上的电源来自控制板，其中+15V电源被隔离成4路电源，分别用于4个IGBT的驱动。图2.9单元驱动板原理图三、控制系统控制系统由控制器、IO接口板和人机界面组成，各部分之间的联系，如图2.10HIVERT变频器控制系统结构图所示。图2.10HI