1、引言

　　山東風(fēng)光電子有限公司是在多年研制中低壓變頻器的基礎上，綜合了國內外高壓大功率變頻器的多種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用最優(yōu)方案研制成功的，并于2002年12月通過(guò)了省級科技成果及產(chǎn)品鑒定，成為國內生產(chǎn)高壓大功率變頻器的為數較少的幾個(gè)企業(yè)之一。

　　2、國內現生產(chǎn)的高壓大功率變頻器的方案及優(yōu)缺點(diǎn)

　　目前，國內生產(chǎn)的高壓大功率變頻器中，以2種方案占主流：一種是功率單元串聯(lián)形成高壓的多重化技術(shù)；另一種是采用高壓模塊的三電平結構。而其他的采用高-低-高方案的，由于輸出升壓變壓器技術(shù)難度高，成本高，占地面積大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高壓大功率變頻器的主要發(fā)展方向。

　　而高-高方案又分為多重化技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)CSML）和三電平（簡(jiǎn)稱(chēng)NPC）方案，目前有的廠(chǎng)家生產(chǎn)的高壓大功率變頻器是采用的三電平方案，而大多數廠(chǎng)家則是采用低壓模塊、多單元串聯(lián)的多重化技術(shù)。這2種方案比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現在：

　�。�1） 器件采用CSML方式，器件數量較多，但都是低壓器件，不但價(jià)格低，而且易購置，更換方便。低壓器件的技術(shù)也較成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且購置困難，維修不方便。

　�。�2） 均壓?jiǎn)?wèn)題（包括靜態(tài)均壓和動(dòng)態(tài)均壓）

　　均壓是影響高壓變頻器的重要因素。采用NPC方式，當輸出電壓較高時(shí)（如6kV），單用單個(gè)器件不能滿(mǎn)足耐壓要求，必須采用器件直接串聯(lián)，這必然帶來(lái)均壓?jiǎn)?wèn)題，失去三電平結構在均壓方面的優(yōu)勢，系統的可靠性也將受到影響。而采用CSML方案則不存在均壓?jiǎn)?wèn)題。唯一存在的是當變頻器處于快速制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，導致單元內直流母線(xiàn)電壓上升，各單元的直流母線(xiàn)電壓上升程度可能存在差異，通過(guò)檢測功率單元直流母線(xiàn)電壓，當任何單元的直流母線(xiàn)電壓超過(guò)某一閾值時(shí)，自動(dòng)延長(cháng)減速時(shí)間，以防止直流母線(xiàn)電壓上升，即所謂的過(guò)壓失速防止功能。這種技術(shù)在低壓變頻器中被廣泛采用，非常成功。

　�。�3） 對電網(wǎng)的諧波污染和功率因數由于CSML方式輸入整流電路的脈波數超過(guò)NPC方式，前者在輸入諧波方面的優(yōu)勢很明顯，因此在綜合功率因數方面也有一定的優(yōu)勢

　�。�4） 輸出波形NPC方式輸出相電壓是三電平，線(xiàn)電壓是五電平。而CSML方式輸出相電壓為11電平，線(xiàn)電壓為21電平（對五單元串聯(lián)而言），而且后者的等效開(kāi)關(guān)頻率大大高于前者，所以后者在輸出波形的質(zhì)量方面也高于前者。

　�。�5） dv/dt NPC方式的輸出電壓跳變臺階為高壓直流母線(xiàn)電壓的一半，對于6kV輸出變頻器而言，為4kV左右。CSML方式輸出電壓跳變臺階為單元的直流母線(xiàn)電壓，不會(huì )超過(guò)1kV，所以前者比后者的差距也是很明顯的。

　�。�6） 系統效率就變壓器與逆變電路而言，NPC方式與CSML方式效率非常接近。但由于輸出波形質(zhì)量差異，若采用普通電機，前者必須設置輸出濾波器，后者不必。而濾波器的存在大約會(huì )影響效率的0.5%左右。

　�。�7） 四象限運行NPC方式當輸入采用對稱(chēng)的PWM整流電路時(shí)，可以實(shí)現四象限運行，可用于軋機、卷?yè)P機等設備；而CSML方式則無(wú)法實(shí)現四象限運行。只能用于風(fēng)機、水泵類(lèi)負載。

　�。�8） 冗余設計NPC方式的冗余設計很難實(shí)現，而CSML方式可以方便的采用功率單元旁路技術(shù)和冗余功率單元設計方案，大大的有利于提高系統的可靠性。

　�。�9） 可維護性除了可靠性之外，可維護性也是衡量高壓大功率變頻器的優(yōu)劣的一個(gè)重要因素，CSML方式采用模塊化設計，更換功率單元時(shí)只要拆除3個(gè)交流輸入端子和2個(gè)交流輸出端子，以及1個(gè)光纖插頭，就可以抽出整個(gè)單元，十分方便。而NPC方式就不那么方便了。

　　總之，三電平電壓形變頻器結構簡(jiǎn)單，且可作成四象限運行的變頻器，應用范圍寬。如電壓等級較高時(shí)，采用器件直接串聯(lián)，帶來(lái)均壓?jiǎn)?wèn)題，且存在輸出諧波和dv/dt等問(wèn)題，一般要設置輸出濾波器，在電網(wǎng)對諧波失真要求較高時(shí)，還要設置輸入濾波器。而多重化PWM電壓型變頻器不存在均壓?jiǎn)?wèn)題，且在輸入諧波及dv/dt等方面有明顯優(yōu)勢。對于普通的風(fēng)機、水泵類(lèi)一般不要求四象限運行的場(chǎng)合，CSML變頻器有較廣闊的應用前景。這類(lèi)變頻器又被國內外設計者稱(chēng)之為完美無(wú)諧波變頻器。

　　我公司的設計人員經(jīng)過(guò)多方探討，綜合各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選定了完美無(wú)諧波變頻器的CSML方案作為我們的最佳選擇，這就是我們向市場(chǎng)推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高壓大功率變頻器。

　　3、變頻器的性能特點(diǎn)

　�。�1） 變頻器采用多功率單元串聯(lián)方案，輸出波形失真小，可配接普通交流電機，無(wú)須輸出濾波器。

　�。�2） 輸入側采用多重化移相整流技術(shù)，電流諧波小，功率因數高。

　�。�3） 控制器與功率單元之間的通信用多路并行光纖實(shí)現，提高了抗干擾性及可靠性。

　�。�4） 控制器中采用一套獨立于高壓源的電源供電系統，有利于整機調試和操作人員的培訓。

　�。�5） 采用全中文的Windows彩色液晶顯示觸摸界面。

　�。�6） 主電路模塊化設計，安裝、調試、維護方便。

　�。�7） 完整的故障監測和報警保護功能。

　�。�8） 可選擇現場(chǎng)控制、遠程控制。

　�。�9） 內置PID調節器，可開(kāi)環(huán)或閉環(huán)運行。

　�。�10） 可根據需要打印輸出運行報表。