高壓變頻器構成及測試

摘要：本文詳細介紹了POWERSMART高壓變頻器的系統組成，控制原理，及其技術特點與優勢。控制系統採用雙DSP控制，可靠性高，是單元串聯多重化電壓源型完美無諧波高-高式高壓變頻器，並介紹了高壓變頻器的出廠測試情況。
關鍵詞：變頻器  多重化  飛車啟動  完美無諧波
        0 引言
        哈爾濱九洲電氣股份有限公司成立於2000年，是以“高壓、大功率”電力電子技術為核心技術，以“高效節能、新型能源”為產品發展方向，從事電力電子成套裝置的研發、製造、銷售和服務的高科技上市公司。

本文主要對PowerSmart系列高壓變頻器功能、出廠測試進行介紹。
1 Power SmartTM高壓變頻調速控制裝置系統組成
Power SmartTM系列高壓變頻調速系統主要由切分移相干式變壓器櫃、功率單元櫃、控制單元櫃、遠控操作箱、旁路開關櫃等部分組成。切分移相干式變壓器為變頻器的輸入裝置，一般由鐵心、輸入繞組、遮蔽層、輸出繞組及冷卻風機、過熱保護等部分構成。控制單元櫃主要由主控制器、溫控器、風機保護器、人機介面（數碼管和彩色觸控式螢幕可選）、PLC、嵌入式微機、開關電源、EMI模組、隔離變壓器、空氣開關、接觸器、繼電器、模擬量模組、開關量模組等組成。

2 工作原理
Power SmartTM系列高壓變頻器是採用單元串聯多重化技術屬於電壓源型高-高式高壓變頻器。所謂多重化，就是每相由幾個低壓功率單元串聯組成，各功率單元由一個多繞組的移相隔離變壓器來獨立供電。採用多重化疊加的方式，使變頻器輸出電壓的諧波含量很小，不會引起電動機的附加諧波發熱。其輸出電壓的dV/dt也很小，不會給電機增加明顯的應力，因此可以向普通標準型交流電動機供電，而且無需降容使用。由於輸出電壓的諧波和dV/dt都很小，不需要附加輸出濾波器，輸出電纜也長度無要求。由於諧波很小，附加的轉矩脈動也很小，避免了由此引起的機械共振。變頻器工作時的功率因數達0.96以上，完全滿足了供電系統的要求。因此不需要附加電源濾波器或功率因數補償裝置，也不會與現有的補償電容裝置發生諧振，變頻器工作時不會對同一電網上執行的電氣裝置發生干擾，因而被人們譽為“完美無諧波的高壓變頻器”。

3 技術特點
        採用雙DSP控制，可靠性高，杜絕了變頻器宕機問題；採用36脈衝整流（以6KV變頻器為例）及空間向量多重化PWM技術，每相由6個功率單元串聯而成，並直接驅動電動機，無需輸出升壓變壓器。輸出電平數高，dv/dt很小，輸出波形接近正弦波。採用專利技術的實時光纖傳送技術，對功率單元進行控制。變頻器輸出轉矩脈衝窄，控制精度高，避免了機械共振。完善的自我診斷和故障預警機制，上電自檢，執行中實時監測，檢測速度高。通過雙DSP系統，實現納秒級運算並進行綜合判斷，分析準確，減少變頻器誤報警。具有PWM控制波形與逆變輸出波形實時驗證功能，提高了輸出波形的準確性，增強了系統無故障的執行能力。具有反轉啟動和飛車啟動功能，無論電機處於正轉還是反轉狀態，變頻器均可實現大力矩直接啟動。具備來電自啟動功能，避免電網短時失電對生產造成影響。變頻器發生短路、接地、過流、過載、過壓、欠壓、過熱等情況時，系統均能故障定位並且及時告警或保護，對電網波動的適應能力強。支援中心點偏移式的旁路技術。當某一個功率單元失效時，能夠立即對該單元實施旁路處理，而整個變頻器的輸出仍能維持94%以上的電壓，這保證了系統的不間斷執行。
        4 出廠測試
        Powersmart系列高壓變頻器檢驗專案（全功率出廠測試）包括：①一般檢驗：包括外觀、部件、元器件。②電氣間隙與爬電距離檢驗。③安全與接地檢驗。④外殼防護檢驗。⑤保護功能檢驗。⑥顯示功能檢驗。⑦效率檢驗。⑧功率因數檢驗。⑨輸出電壓檢驗。⑩頻率解析度檢驗。過載試驗。連續執行試驗。啟動特性控制實驗。溫升試驗。諧波實驗。   控制迴路上電源切換實驗。不間斷後備電源實驗。高壓掉電短時跟蹤再啟動實驗。飛車啟動試驗。
        九洲電氣生產的每一臺PowerSmart系列高壓變頻器，在出廠時都經過嚴格測試。九洲電氣組建了高壓大功率變頻器實驗室。具體包括：電氣效能試驗室，負責對產品的工頻耐壓、電氣絕緣、三防、效率、功率因數、產品的動態特性等效能進行綜合測試。電磁相容實驗室，負責對產品進行快速脈衝群、靜電、浪湧、電壓跌落等專案試驗。單元模組老化實驗室，負責對每一個功率單元、控制單元板進行高溫帶載72小時老化實驗。中高壓變流試驗站，是與羅克韋爾共同建造的，負責對中高壓等級的變頻器、軟啟動器、兆瓦級風力發電變流器、SVC產品進行智慧化帶負載效能測試。其所能測試等級為690V到10KV,最大測試功率可達到5000KW。它為高壓變頻器的技術發展提供了一個全方位的試驗平臺。

參考文獻：
[1]仲明振，趙相賓.高壓變頻器應用手冊.機械工業出版社.2009.9.1版第254-325.