ZINVERT系列智能高压变频调速系统产品原理简介

ZINVERT 系列智能高压变频调速系统产品原理简介

ZINVERT 系列智能高压变频调速系统采用功率单元串联技术，直接输出3kV 、6kV 、10kV 电压，属“高-高”电压源型变频器。由于采用功率单元串联而非功率器件的直接串联，因此解决了器件耐压的问题。同时由于同相各级功率单元输出SPWM 信号通过移相后进行叠加，提高了输出电压谐波性能、降低输出电压的dv/dt ；通过电流多重化技术降低输入侧谐波，减小了对电网的谐波污染；主控制器采用最新电机控制专用双数字信号处理器（DSP ）、超大规模集成电路可编程器件（CPLD 和FPGA ）为核心，配合数据采集、单元控制和光纤通信回路以及内置的可编程逻辑控制器（PLC ）构成系统控制部分。

ZINVERT 系列智能高压变频调速成套系统整体结构上由旁路柜、移相变压器柜、功率单元柜及控制柜组成，见图1所示。ZINVERT 型智能高压变频调速系统的功率单元柜与控制柜是合二为一的，各部分功能说明如下：

◆ 功率单元柜

功率单元柜为成套装置的核心部分，也是电机定子大功率变频电源的产生模块。功率单元柜主要由功率单元箱（图1中A1～An,B1～Bn ，C1～Cn ）并辅以控制构成。

◆ 功率单元箱

功率单元箱的电气原理见图2所示，每个功率单元由外部输入三相电源A/B/C 供电，经内部整流滤波后逆变成单相电压U/V 输出。整流由三相不控整流完成，滤波环节电容采用软充电技术可有效防止对充电电流对电容损害。逆变部分采用当代最先进的IGBT 功率器件，控制方法采用SPWM 逆变控制技术，功率单元的输出波形见图3所示。

ZINVERT 功率单元柜内各功率单元箱的原理与结构完全相同，通用性强，因此可相互替换。功率单元内各器件的工作状态及相应的参数都有监控和保护，IGBT 的逆变控制指令和所有的监控参数可通过一对光纤送至控制器，由于采用光纤传送数据，因此也大大提高了装置的抗干扰性。尤其重要的是：ZINVERT 每个功率单元箱内直流母线的电压都被实时传送至控制器，因此可在控制器操作界面上直接进行查阅，便于检修维护时的人身安全保护。

◆ 功率单元柜高压形成

为了形成高压6kV 或10kV 电源，ZINVERT 采用了功

率单元堆波技术，即将多个功率单元的输出电压串联叠

加直接形成高压输出（如图4所示），此方法类似于干电

池叠加，通过若干个功率单元的叠加可产生所需要的相

电压数值。此种高压的形成原理实际是将标准交流波形

进行阶梯化等效，波形上阶梯数越多输出的谐波就越小，

阶梯数的个数取决于每相串联的功率单元个数。

由于各功率单元的输出电压波形在叠加前已经过

移相处理，因此叠加后的输出波形质量好（见图5），不

存在谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动等特点，不

必加装输出滤波器就可以用于普通异步电动机。并且电

压的跳变仅为单个功率单元直流电压值，因此dv/dt 小，

对电机无伤害，可直接适应于普通异步电动机的节能改

造。

◆ 移相变压器柜

图6中移相变压器柜主要为各功率单元箱提供独立

的三相交流50Hz 电源，该移相变压器具有多个独立的二

次绕组直接与各功率单元相连，通过它绕组的移相，还

可以显著减小输入电流中的谐波。

◆ 产品组成结构

ZINVERT

型智能高压变频调速系统依电机额定电压

图6 移相变压器柜

的不同，功率单元柜每相所串联的个数也不同，如图7所示。

对于3kV电压等级ZINVERT调速装置，每相由3～4个功率单元串联叠加而成；

对于6kV电压等级ZINVERT调速装置，每相由6～8个功率单元串联叠加而成；

对于10kV电压等级ZINVERT调速装置，每相由9个功率单元串联叠加而成；

图7 不同电压等级ZINVERT功率单元的连接形式