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HIVERT通用高压变频器用户手册 第三章 原理和硬件概述.doc
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HIVERT通用高压变频器用户手册 第三章 原理和硬件概述.doc
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第三章 HIVERT 原理与硬件概述
3.1 原理
HIVERT 通用高压变频器一般由主电路、功率单元和控制系统组成。
功率单元
10kV
电动机
单元A9
单元A8
隔离变压器
输入电源
单元A2
单元A1
单元B1
单元C9
单元C8
单元C2
单元C1
单元B2
单元B8
单元B9
控
制
器
输出电流检测
输出电
压检测
接口板
信号
人机
界面
远程控制
上位控制
, 通讯协议
信号
输入电
压检测
输入电流检测
380V辅助绕组
图 3.1 HIVERT 通用高压变频器系统图(10kV 为例)
3.1.1 主电路
图 3.2 HIVERT 通用高压变频器 6kV 系列拓扑图
隔离变压器为干式变压器,采用强迫风冷;原边为 Y 接法,与进线高压直接相连;副边绕组为延边
三角形接法,副边绕组间有一定的相位差。
°
60
移相角度=
每相单元数
副边绕组为功率单元提供电源,绕组间相位差由功率单元数量及变频器电压等级而定(见表
3-1)。
表 3-1:HIVERT 通用高压变频器功率单元配置
变频器
电压等级
每相串联
单元数
单元额定
电压(V)
输出相电压
(V)
输出线电压
(V)
每相电压等
级数量
6kV
5
690
3450
6000
11
6kV
6
580
3480
6000
13
10kV
9
640
5760
10000
19
单元A4
单元C4
单元B4
单元A5
单元C5
单元B5
移相二
次线圈
隔离变压器 功率单元
单元A1
单元B1
单元C1
电动机
输入三相交流电
源(任意电压)
单元A2
单元C2
单元B2
单元A3
单元C3
单元B3
HIVERT 通用高压变频器功率单元的数量 6kV 为 15(18)个,10kV 为 27 个。功率单元经串联叠波升
压后,三相输出 Y 接,中性点悬浮,得到驱动电机所需的可变频三相高压电源,如图 3.3、图 3.4 所示。
图 3.3 6kV 电压叠加图 图 3.4 10kV 电压叠加图
以 6kV 系列五个功率单元串联时为例,可以得到 5~0~-5 共 11 个不同的电压等级。增加电压等级
的同时,每个等级的电压值大为降低,减小了 dv/dt 对电机绝缘的破坏,并大大削弱了输出电压的谐波
含量,五个功率单元串联电压波形及其串联后输出的相电压波形图如图 3.5。
图 3.5 6kV 系列 5 单元输出及相电压波形示意图
线电压
相电压
线电压
相电压
3.1.2 功率单元
图 3.6 功率单元原理图
功率单元原理见图 3.6,输入电源端 R、S、T 接变压器二次线圈的三相低压输出,三相二极管全波
整流为直流环节电容充电,电容上的电压提供给由 IGBT 组成的单相 H 形桥式逆变电路。
功率单元通过光纤接收信号,采用空间矢量正弦波脉宽调制(PWM)方式,控制 Q1~Q4 IGBT 的导
通和关断,输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态,当 Q1 和 Q4 导通时,L1,
L1 和 L2 的输出电压状态为 1;当 Q2 和 Q3 导通时,L1 和 L2 的输出电压状态为-1;当 Q1 和 Q3 或者 Q2
和 Q4 导通时,L1 和 L2 的输出电压状态为 0。输出电压波形见图 3.5。
功率单元具有单元旁路功能,当某个单元发生熔断器故障、过热和 IGBT 故障而不能继续工作时,
该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路,此时 Q1~Q4 封锁输出,可控硅 k 导通,以保证变
频器连续工作,并发出旁路告警。。
每个功能单元内有独立的一块控制板和一块驱动板。
功率单元控制板原理图见图 3.7。控制板通过光纤(XS4)接收来自控制器的信号,经接收解码器
解码后用于对 IGBT 及旁路开关(可选)的控制。同时,控制板上还有各种单元故障检测电路,如过热
检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源故障监测、光纤故障监测、驱动故障检测等,这些故障信号
经过故障编码逻辑电路编码后,由光纤(XS3)发送回控制器,实现故障保护(接口板输出故障保护跳
闸及故障报警指示)和故障记忆(人机界面记录并显示故障原因、时间、位置)。
控制板上的控制电源取自主回路中的直流母线(通过 XS1),经开关电源的隔离和变换后得到所需
控制电源。因此高压电源失电后,控制电源并不会立刻消失,控制板上的电源指示灯经过几分钟后才能
熄灭。这种取电方式可以确保高压电源瞬时停电跟踪功能的实现。
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oligaga
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