工業(yè)光纖在高壓變頻器中的應(yīng)用周泉勇

應(yīng)用工程師，世強(qiáng)電訊

引言在高壓變頻器中，為解決單元串聯(lián)多電平高壓變頻器中主控系統(tǒng)與功率單元之間存在的強(qiáng)弱電隔離，及功率單元與功率單元之間的電磁干擾問題，提出了采用光纖連接方法實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動PWM信號的遠(yuǎn)距離傳送。

背景在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業(yè)廣泛應(yīng)用的泵類負(fù)載，占整個用電設(shè)備能耗的40%左右，電費(fèi)在自來水廠甚至占制水成本的50%。這是因?yàn)椋阂环矫妫O(shè)備在設(shè)計時，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工況的變化，需要泵機(jī)輸出不同的流量。

隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自動化，智能化程度的提高，采用高壓變頻器對泵類負(fù)載進(jìn)行速度控制，不但對改進(jìn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量有好處，又是節(jié)能和設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。對泵類負(fù)載進(jìn)行調(diào)速控制的好處甚多。從應(yīng)用實(shí)例看，大多已取得了較好的效果(有的節(jié)能高達(dá)30%-40%)，大幅度降低了自來水廠的制水成本，提高了自動化程度，且有利于泵機(jī)和管網(wǎng)的降壓運(yùn)行，減少了滲漏、爆管，可延長設(shè)備使用壽命。

高壓變頻系統(tǒng)圖1-高壓變頻框圖單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器，采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，該變頻器對電網(wǎng)諧波污染小，諧波輸入電流很低，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。如以6kV的輸出電壓等級為例（如圖2），電網(wǎng)電壓經(jīng)過二次側(cè)多重化的隔離變壓器降壓后向功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交一直一交PWM電源型逆變器結(jié)構(gòu)。將相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機(jī)。

圖2-6kV變頻器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖3-功率單元原理圖工業(yè)光纖的應(yīng)用在高壓變頻系統(tǒng)中，我們認(rèn)識到在控制單元柜部分的信號主要是弱電，但整個系統(tǒng)工作環(huán)境較為惡劣、傳輸距離不確定（較遠(yuǎn)），存在各種高壓電信號。如果采用純粹的銅線進(jìn)行傳輸，則需要面臨各種干擾、升壓、降壓、損耗大、易腐蝕等問題，從而導(dǎo)致可靠性低、實(shí)用性低、資源浪費(fèi)等結(jié)果。采用工業(yè)光纖則很好的解決上面的各種問題，所以光纖通信必然會成為以后通信的主要方式。系統(tǒng)信號傳輸示意圖：

圖4-光纖傳輸示意圖

工業(yè)光纖通過將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕倪@個方式，解決了采用銅線傳輸中的變壓、損耗、干擾等問題，其主要應(yīng)用在控制柜和變頻功率單元柜的的通信。

圖5-光纖在高壓變頻器中的應(yīng)用

世界知名品牌AVAGO有專門應(yīng)用在高壓變頻器中的光電收發(fā)器產(chǎn)品：HFBRX5XXZ系列.

圖6-Avago光纖在變頻中的應(yīng)用

HFBRX5XXZ系列光電收發(fā)器：1、采用660nm波長的紅光進(jìn)行傳輸.2、包含40kBd到160MBd的速度范圍.3、20m到1Km的距離范圍.4、兼容標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平

HFBRX5XXETZ是HFBRX5XXZ的升級版，它具備更高的溫度等級，-40---85℃，3.3V工作電壓，兼容IEEE802.3100Base-X和10Base-X.我們可以通過他們的命名規(guī)