0 导言
一种新式移相串联式SPWM(正弦脉宽调制)高压变频器现已在北京新钻石技能公司批量生产。Diamond-HV系列高压变频器，归纳了德国的生产工艺和北京新钻石技能公司的技能研究开发的作用，它运用了高压绝缘栅双极晶体管(HV-IGBT)功率半导体器材以及全桥多级串联的变频技能。变频器为模块化规划，安全牢靠。具有很低的谐波失真，并能直接驱动高压异步电动机。下面首要介绍这一高压变频器。
1 体系结构
图1 所示为Diamond-HV 高压变频器，它由移相变压器、功率模块和操控器模块三部分组成。移相串联式高压变频器运用了三组独自串联的功率模块，以便发生高压输出，其原理如图2所示。
输入的高压电源接至绝缘的移相变压器的一次绕组。变压器有9个绝缘的二次绕组，这些二次绕组别离与功率模块衔接，功率模块对电源电压进行整流和滤波，以构成直流(DC)高电压。运用移相的正弦脉宽调制(SPWM)技能，将高的直流电压逆变为所需频率的沟通(AC)电压，绝缘的成组AC 电压输出串联衔接一同，则构成Y接三相输出电源，如图2所示。关于典型的6 kV变频器，每相将由3个1 275 V功率模块串联，构成3 825 V总的相电压输出。而线电压约为6 600 V。每一功率模块带着满负荷电流，但它们仅供应1/9的输出功率和1/3的相电压。在这一规划中，串联的功率模块数和用于功率模块中每一电力半导体器材的分级电压，决议着该变频器的输出电压。装置的电力半导体器材的电流定额则为变频器的最大输出电流。功率模块电路如图3所示。
在高电压运用范畴运用了多级串联的电力半导体器材，为防止关系到多级串联的开关守时毛病，变频器采用了高电压大功率的串联式功率模块规划。
在此实例中，运用了300 V HV-IGBT的功率模块，由于所用的功率模块数量更少，使本钱大幅下降。并且，含有较少的电力半导体器材的体系作业更牢靠。
移相的多级串联SPWM规划的完成，满意了对输入和输出谐波含量的工业要求。
2 多绕组移相输入规划
带3 个Delta(D)衔接和6 个延边Delta 衔接的二次绕组的三相移相、绝缘变压器用作输入变压器，旨在将输入电网的谐波减到最小。这9个二次绕组之中，3 个绕组的移相为+20°;3 个绕组的移相为0°;还有3个绕组移相为-20°。如图4所示。
每个三相二次绕组电源别离接到功率模块。该功率模块经过三相桥整流将沟通电压变换为直流电压，DC 电压的波形是对称的，且每隔π/3(60°)的电视点重复，因而具有6个台阶波形的特性。
当把输入电源移相为+20°、0°和-20°的每一组3 个功率模块(共3 组)串联在一同时，组合的串联电压A将具有18个台阶波形的特性，波形是对称的，且每π/9(20°)角重复。18阶的电压波形只要(18n±1)次的谐波(n为正整数，也即谐波次数为17、19、35、37等)。由于这些谐波的次数高，故输入电流波形挨近于正弦波，总的谐波电流失真度(THD)低于3%，变频器勿需任何粗笨、贵重的低通滤波器(LPF)。
功率模块与带储能电容的三相二极管的桥式整流器结合，可供应较好的功率因数和较少的谐波失真。因电容器能供应电动机所需的无功功率，功率因数可到达0.96乃至更高，没有必要装设附加的功率因数补偿。
由于二极管整流器无法操控电视点，因开关切换操作或闪电导致浪涌(冲击)电压，将经过变压器穿通变频器。如功率模块在二极管整流器后接上大的电容器，则任何经过二极管的浪涌电流，将被电容器吸收并滤波，因而变频器是安全的，能饱尝住这样的冲击。
3 移相SPWM 输出技能
变频器在其功率模块中运用了多重移相、多级串联的SPWM技能，一个规范的功率模块将发生幅值和相位相同的相同规范的根本输出。3个功率模块构成一组，每组功率模块的载波信号按2π/3(120°)角交织移相(相位彼此错开120°)。
3 个串联的功率模块将组合为多重移相、多级串联SPWM的电压输出，其间含有关系到谐波的载波频率(棕c)，关系到边带(Sideband)的调制频率(棕)。由于载波频率棕c 相对比较高，在输出电压中这些谐波藉电机额外的漏电感滤波，故输出电压实际会挨近正弦波形，如图5 所示。
依照这一规划，输出电压波形具有的谐波含量则低于2.33%。由于谐波含量低，谐波对电动机感生的热量，引发的噪音和转矩脉动，均将大幅度减小。
为了下降开关损耗，功率模块采用了低的开关频率。因而，没有必要附加浪涌吸收电路，变频器的频率大为改进。
反电动势(CEMF)是由同步旋转的气隙磁通波发生的。当输出电缆长度超越临界值时，由于藉反射的CEMF 引起的过电压而发生电压波形的脉动，或许损坏电动机的绝缘。Diamond-HV高压变频器的输出电压改变速率(du/dt)低，榜首电压台阶的改变只要总的相电压台阶改变的1/3。这一总的相电压阶跃值是由多重移相SPWM技能所希望到达的值。因而，绝缘损坏的危险就大大下降了。
4 通讯和旁路技能
首要操控体系与功率模块的通讯是经过光(电)缆，低压部分和高压部分是彻底绝缘的。一切功率模块的外壳均接地，因而可减小电磁搅扰(EMI)，保证体系的安全牢靠。功率模块衔接简略，仅带3 个输入、2个输出的高压衔接和4个光缆衔接。
当装有备用功率模块时，操控器可装备成在毛病时将备用的功率模块替代毛病的功率模块。
操控功用中还能够将负荷电源切换到直接输入电源，以便修理时使变频器旁路而勿需中止作业。
5 操控器和接口
操控器模块是对变频器的体系操控。它操作操控一切的通讯，包含经过光缆与功率模块的信号接口。在操控器模块内部，它与可编程逻辑操控器(PLC)结合，以添加体系的灵活性。PLC 不只处理逻辑信号的开关切换和操控，并且还合作和谐现场的各种操作信号和状况信号。
其它变频器制造商运用了特别规划的专用核算机或专门的工控机用于操控和通讯。由于核算机和操控器硬件及软件不断在晋级，因而更新换代时有必要进行相应的调整，这就下降了变频体系的灵活性和牢靠性。
可编程(序)的操作显现终端及触摸屏的输入显现单元，均被用于人/ 机操作接口，显现器将显现用于变频器和电机的悉数参数。为了简易便利和牢靠地运用，这一输入显现单元能用中文和英文编成程序。该变频器对大范围的监督及网络操控供应了规范的工业接口。
操控器模块为保证高压变频器的作业牢靠性，采用了超大规模集成电路。移相的SPWM 技能保证在一切频率范围内，电机的作业是最佳的。
6 运用范畴与节能作用
Diamond-HV高压变频器操作简略，具有杰出的操控功能。它广泛运用于比如电力、石油化工、冶金、水泥和供水等各类工业范畴。商场运用包含任何大功率高压变频体系，配电操控体系，电气设备紧迫维护，电气谐波勘探以及遥控检测和监督体系等。
例如北京燕山石油精粹集团中华Beiwu水厂装置了Diamond-HV 高压变频器后，核算装置前每天的耗电量为14 000 kW·h，装置后每天的均匀耗电则为9 000 kW·h，每天节省5 000 kW·h，这就是说，能量运用的改进将近36%。按每kW·h 最低0.6 元核算，每年将节省109.5万元。
经过上面核算可知，变频器的本钱在半年左右的时间内就能回收，并且装置变频器今后电机经常可处于小容量作业。因而，运用这一变频器体系，与本来的体系比较，节省的能量是巨大的。
跟着环保要求的日益进步，以及为满意咱们随时添加的用电需求，会导致矿藏石化燃料运用与本钱的日益添加，因而进行变频改造势在必行。
7 结语
Diamond-HV移相串联式高压变频器规划新颖，结构紧凑。它运用的零部件少，保证了作业的牢靠性。它能供应一平衡的负荷并具有杰出的线性度;变频器操作简略，操控功能优秀。移相变压器和移相SPWM的运用，保证了输入/输出谐波含量低以及输出电压改变率du/dt 小，最杰出的特点是节能，且能很快回收本钱。
