1、產(chǎn)品篇之 合康變頻器系統(tǒng)的組成,一、主電路概述 二、主變壓器 二、功率單元 三、控制系統(tǒng),第二部分 高壓變頻器系組成,第二部分 高壓變頻器系組成,一、主電路概述概述概述概述 HIVERT系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主變采用干式 多繞組輸變出變壓器，HIVERT變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常 壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性.。,1.輸入側(cè)： 移相變壓器,第二部分 高壓變頻器系組成,第二部分 高壓變頻器系組成,原邊采用星形接 法 副邊法采用延邊 三角形接法,2.輸出側(cè) 功率單元,第二部分 高壓變頻器系組成,變頻器功率單元輸出是將多個三相輸入、單相輸出

2、的低壓功率單元的輸出串聯(lián) 疊波得到。三相輸出Y接，中性點懸浮，得到驅(qū)動電機所需的可變頻三相高壓電 源。圖2.3為6kV和10kV 變頻器系列的電壓疊加示意圖。,圖2.3a 6kV（5單元串聯(lián)）電壓疊加圖,圖2.3b 10kV電壓疊加圖,第二部分 高壓變頻器系組成,第二部分 高壓變頻器系組成,見曾方的PPT文件,二、主變壓器,三、功率單元,圖2.7 功率單元外形圖,第二部分 高壓變頻器系組成,三、功率單元 功率單元原理見圖2.7，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相 低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供 給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。,功率單元通過光纖

3、接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制Q1Q4 IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為1；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為-1；當(dāng)Q1和Q2或者Q3和Q4導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為0。,圖2.7 功率單元原理圖,第二部分 高壓變頻器系組成,主要器件：熔斷器 熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一定時間后，以其自身產(chǎn)生 熱量使熔體熔化，從而使電路斷開的原理制成的一種電流保 護(hù)器，作為短路和過電流保護(hù)。,第二部分 高壓變頻器系組成,主要器件：整流橋 有西門康， 四菱兩個廠家的產(chǎn)品，

4、規(guī)格型號：SKKD10016SKKD162-16、SKKD260-16、SKKD380-16、SKKD380-18、SKKD701-16、MDC100B-20。,第二部分 高壓變頻器系組成,主要器件：IGBT IGBT是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,具有高輸入阻抗和低 導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。常用廠家：三菱、英飛凌、西門康。常用類型 有75A、100A、150A、200A、300A、 400A、450A、600A、650A、1000A 1200A、1600A，耐壓值1700V。,第二部分 高壓變頻器系組成,第二部分 高壓變頻器系組成,主要器件：電解電容 電解電容在功率單元里主要起儲能和

5、濾波的作用，它會直接影響 到變頻器的使用壽命，一般溫度（45 ）每上升10 ，壽命減半。常用型號：400V/4700uf、400V/10000uf、400V/12000uf,第二部分 高壓變頻器系組成,電路板,單元電路板,單元控制板,單元驅(qū)動板,矢量控制單元電路板,三、功率單元 功率單元原理見圖2.7，輸入電源端R、S、T接變壓器二次線圈的三相 低壓輸出，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供 給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路。,功率單元通過光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制Q1Q4 IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個單元僅有三種可

6、能的輸出電壓狀態(tài)，當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為1；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為-1；當(dāng)Q1和Q2或者Q3和Q4導(dǎo)通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為0。,圖2.7 功率單元原理圖,第二部分 高壓變頻器系組成,這種多級移相疊加的整流方式，能夠消除大部分由獨立功率單元引起的諧波 電流，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使變頻器網(wǎng)側(cè)電流近似為正弦波，使其負(fù) 載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊 供電圖2.2為6kV系列（每相五個單元串聯(lián)）輸入電流實錄波形，幾近完美的正弦 波。,圖2.2輸入電流波形,第二部分 高壓變頻器系組成,圖2.4為

7、五個690VAC功率單元串聯(lián)時，每個功率單元輸出的電壓波形及其串聯(lián)后輸出的相電壓波形示意圖，可以得到50-5共11個不同的電壓等級。增加電壓等級的同時，每個等級的電壓值大為降低，從而減小了dv/dt對電機絕緣的破壞，并大大削弱了輸出電壓的諧波含量，,圖2.4 6kV系列5單元輸出及相電壓波形示意圖,第二部分 高壓變頻器系組成,圖2.5為6kV五單元變頻器輸出的Uab線 電壓波形實錄圖，峰值電壓為8.5KV。因為 電機電感的濾波效果，輸出電流波形更優(yōu) 于電壓波形。 圖2.6即為輸出電流Ia的實錄波形圖， 峰值電流130A。電壓等級數(shù)量的增加，大 大改善了變頻器的輸出性能，輸出波形幾 乎接近正弦波

8、。,圖2.5 輸出線電壓波形,圖2.6 輸出電流波形,第二部分 高壓變頻器系組成,每個功率單元內(nèi)均有一塊控制板和一塊驅(qū)動板。 控制板原理圖見圖2.8?？刂瓢逋ㄟ^光纖（XS4）接收來自控制器的信號，經(jīng) 接收解碼器解碼后用于對IGBT及旁路開關(guān)（可選）的控制。同時，控制板上還有 各種單元故障檢測電路，如過熱檢測、缺相檢測、直流母線過壓檢測、電源故障 監(jiān)測、光纖故障監(jiān)測、驅(qū)動故障檢測等，這些故障信號經(jīng)過故障編碼邏輯電路編 碼后，由光纖（XS3）發(fā)送回控制器，實現(xiàn)故障保護(hù)（接口板輸出故障保護(hù)跳閘及 故障報警指示）和故障記憶（人機界面顯示故障原因、時間、位置，并保存）。 控制板上的控制電源直接取自直流母

9、線（通過XS1），經(jīng)過開關(guān)電源的隔離和變換 后得到所需控制電源。因此，高壓電源失電后，控制電源并不會立即消失，控制 板上的電源指示燈經(jīng)過幾分鐘后才能熄滅。這種取電方式可以確保高壓電源瞬時 停電跟蹤功能的實現(xiàn)。,第二部分 高壓變頻器系組成,圖2.8 單元控制板原理圖,第二部分 高壓變頻器系組成,圖2.9 單元驅(qū)動板原理圖,圖2.9為單元驅(qū)動板原理圖。驅(qū)動板用于產(chǎn)生4個IGBT的驅(qū)動信號，并將IGBT的故障信號反饋到單元控制板。驅(qū)動板通過端子XS5與控制板端子XS6相連，其中L控制左橋臂上的Q1、Q3 兩個IGBT，R控制右橋臂上的Q2、Q4 兩個IGBT，Q1、Q3和Q2、Q4通過反相器互鎖；/

10、INHB為IGBT禁止信號；/DR為IGBT的故障信號，反饋回控制板用于單元保護(hù)。驅(qū)動板上的電源來自控制板，其中+15V電源被隔離成4路電源，分別用于4個IGBT的驅(qū)動。,第二部分 高壓變頻器系組成,四、控制系統(tǒng),圖2.10 HIVERT變頻器控制系統(tǒng)圖（10kV系列）,第二部分 高壓變頻器系組成,控制系統(tǒng)由控制器、IO接口板和人機界面組成，各部分之間的聯(lián)系，如圖2.10 HIVERT變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。,控制器由三塊光纖板、一塊信號板、一塊主控板和一塊電源板組成，各板之 間通過總線底板連接，如圖2.11所示。 光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號，每塊光纖板控制一相的所有單元。 光纖板

11、周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制（PWM）信號或工作模式。單元通過光纖接收其 觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時向光纖板發(fā)出故障代碼信號。 信號板采集變頻器的輸出電壓、電流信號，并將模擬信號隔離、濾波和量程 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號用于變頻器控制、保護(hù)，以及提供給主控板數(shù)據(jù)采集。 主控板采用高速單片機，完成對電機控制的所有功能，運用正弦波空間矢量 方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過RS232通訊口與人機界面主控板進(jìn)行交換 數(shù)據(jù)，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受來自人機界面主控板的參數(shù)設(shè)置。,第二部分 高壓變頻器系組成,圖2.11 控制器連接圖,第二部分 高壓變頻器系組成,人機界面為用戶提供友好的全中文操作界面，負(fù)

12、責(zé)信息處理和與外部的通訊 聯(lián)系，可選上位監(jiān)控來實現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)化控制，人機界面由主控板、電源板、 液晶顯示屏和觸摸鍵盤組成，見圖2.12。通過主控板和IO接口板通訊來的數(shù)據(jù)， 計算出電流、電壓、功率、運行頻率等運行參數(shù)，并實現(xiàn)對電機的過載、過流報 警和保護(hù)等。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485通訊口與IO接口板連 接，實時監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。 人機界面主控板上還有兩個模擬輸入通道，可以接收0-10V或4-20mA模擬信 號，一路用于頻率或閉環(huán)運行時的給定量模擬設(shè)定，另一路用于接收來自現(xiàn)場變 送器的壓力或流量等信號。,第二部分 高壓變頻器系組成,圖2.12 人機界面原理圖,第二部分 高壓變頻器系組成,第二部分 高壓變頻器系組成,IO接口板用于變頻器內(nèi)部開關(guān)信號以及現(xiàn)場操作信號和狀態(tài)信號的邏輯處 理，增強了變頻器