高频变压器的工作原理和主要用途「10kv高压变频器原理」

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变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。

随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来。高压变频器是指输入电源电压在3KV以上的大功率变频器。主要电压等级有 3000V、3300V、6000V、6600V、10000V等电压等级的高压大功率变频器，是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

高压变频器的基本构成：

1、高压变频器的构成： 内部是由十八个相同的单元模块构成，每六个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移相切分变压器进行供电。（原理图）

2、功率单元构成： 功率单元是一种单相桥式变换器，由输入切分变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制，产生设定的频率波形。变频器中所有的功率单元，电路的拓扑结构相同，实行模块化的设计。

其控制通过光纤发送。来自主控制器的控制光信号，经光/电转换，送到控制信号处理器，由控制电路处理器接收到相应的指令后，发出相应设的IGBT的驱动信号，驱动电路接到相应的驱动信号后，发出相应的驱动电压送到IGBT控制极，操作IGBT关断和开通，输出相应波形。功率单元中的状态信息将被收集到应答信号电路中进行处理，集中后经电/光转换器变换，以光信号向主控制器发送。

高压变频器的基本原理

变频器的变频过程有交流—交流的形式和交流–直流–交流形式两大类。现在以交流–直流–交流的形式居多，下面以该形式的工作原理做简要介绍。

三相高压电进入高压开关柜，经输入降压和移相等处理后为功率柜中功率单元供电；其次，主控制柜中包含的控制单元经过光纤时，对功率柜中功率单元进行整流、逆变控制、检测等处理，使得频率可以根据需要通过操作界面给出；最后，控制柜中控制单元将控制信息发送至功率单元中进行整流、逆变等调整，输出所需等级的电压。

高压变频器的每个功率单元相当于一个三电平的二相输出的低压变频器，通过叠加成为高压三相交流电，变频器中点与电动机中性点不连接，

变频器输出实际上为线电压，由A相和B相输出电压产生的UAB输出线电压可达6000V，为25阶梯波。如下图所示，为输出的线电压和相电压的阶梯波形，UAB不仅具有正弦波形而且台阶数也成倍增加，因而谐波成分及dV/dt均较小。

高压变频器的性能特点：

1、应用范围： 调速范转宽，可以从零转速到工频转速的范围内进行平滑调节。 在大电机上能实现小电流的软启动，启动时间和启动的方式可以根据现场工况进行调整。 频率的调整是根据电机在低频下的压频比系数进行电压和频率的输出，在低转速下，电机不仅是发热量低，而且输入电压低，将使电机绝缘老化速度降低。

2、技术新颖 串联多重化叠加技术的应用实现了真正意义的高-高电力变换，无需降压升压变换，降低了装置的损耗，提高了可靠性，解决了高压电力变换的困难。串联多重化叠加技术的应用还为实现纯正弦波、消除电网谐波污染开辟了崭新的途径。

移相变压器

用低压电力电子元件做高压变频器通常有两种方法：一是用低压元件直接串联，另一种方法是用独立的功率单元串联，称为单元串联型多电平高压大功率变频器。后者因为比前者有更多的优点而成为高压大功率变频器的主流。

以6kV变频器为例：它的每相由6个独立的、额定电压为Ve=577V（峰值为816V）的低压功率单元串联而成，输出相电压为3464V线电压可达6000V左右。每个功率单元承受全部输出电流但只提供1/6相电压和1/18的输出功率。每个功率单元分别由变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间以及变压器二次绕组之间相互绝缘。

很明显移相变压器在该变频器中起了两个关键的作用：一是电气隔离作用才能使各个变频功率单元相互独立从而实现电压迭加串联，二是移相接法可以有效地消除35次以下的谐波。（理论上可以消除6n-1次以下的谐波， n为单元级数）

相关重要行业应用

电力：引风机、送风机、一次风机、吸尘风机、增压风机、排粉机、给水泵、循环水泵、凝结水泵、渣浆泵；

冶金：除尘风机、通风机、泥浆泵、除垢泵

石化：注水泵、电潜泵、输油泵、管道泵、排风机、压缩机、除垢泵

水务：供水泵、取水泵

环保：污水泵、净化泵、清水泵

水泥：窑炉引风机、压力送风机、冷却器吸尘机、生料碾磨机、供气风机、冷却器排风机

造纸：打浆机制药：清洗泵、一次风机、二次风机

采矿：排水泵、排风扇、介质泵、渣浆泵

在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业广泛应用的泵类负载，占整个用电设备能耗的40%左右，电费在自来水厂甚至占制水成本的50%。

这是因为：一方面，设备在设计时，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工况的变化，需要泵机输出不同的流量。

随着市场经济的发展和自动化，智能化程度的提高，采用高压变频器对泵类负载进行速度控制，不但对改进工艺、提高产品质量有好处，又是节能和设备经济运行的要求，是可持续发展的必然趋势。对泵类负载进行调速控制的好处甚多。

从应用实例看，大多已取得了较好的效果（有的节能高达30%-40%），大幅度降低了自来水厂的制水成本，提高了自动化程度，且有利于泵机和管网的降压运行，减少了渗漏、爆管，可延长设备使用寿命。