安川高壓變頻器及其在應用中的計算

1 概述

　　高壓變頻器為了滿足對網側諧波的要求，整流部分采用多脈波整流器結構；為了實現高壓大容量和減小對電機側的影響，逆變部分采用串聯（或多電平）的逆變器結構。目前高壓變頻器的拓撲結構不盡相同，各有優缺點。本文對安川H橋單元級聯高壓變頻器的拓撲結構進行了分析，并介紹了其在攀鋼煉鐵廠燒結風機中應用時的相關計算方法，為高壓變頻器的選型、計算提供參考。

2 FSDrive-MV1S高壓變頻器拓撲結構

　　2.1 多脈波整流

　　多脈波整流器以脈波寬度為60毅的6 脈波三相全波整流（或等效三相全波整流）作為基本單元，使用共m組整流電路的交流側電壓依次移相琢越60毅/m，則可組成脈波數為p=6 m的多脈波整流器[1]。FSDrive-MV1S高壓變頻器采用的是分離型

　　多脈波整流器的結構[2]，即每一個6 脈波三相全波整流單元給一個單獨的直流負載供電。串聯型多脈波整流器，即所有6 脈波三相全波整流單元在直流輸出側串聯，多用于二極管箝位多電平高壓變頻器和飛跨電容多電平高壓變頻器的整流。

　　移相變壓器是多脈波整流不可缺少的組成部分，可以實現二次側繞組的移相，同時實現整流器

2.2 H 橋單元級聯逆變器

　　多電平變頻器的基本思想是把多個功率器件按一定的拓撲結構連接成可以提供多種電平輸出的電路，然后使用適當的控制邏輯將幾個電平臺階合成階梯波以逼近正弦輸出電壓[3][4]，如圖4 所示，H橋單元級聯逆變器多電平輸出分析如表1、表2所列。

　　10 kV 的FSDrive-MV1S 高壓變頻器的輸入變壓器是絕緣等級為H級的干式移相變壓器，變壓器一次側繞組直接聯到電網的高壓輸入端，二次側有27 個二次繞組，采用延邊三角形聯結，分為9 個不同的相位組，每組的相位差6.7毅。同一相位組的每三個二次繞組，分別給電動機的三相功率單元供電，形成了54脈波分離型多脈波二極管整流的結構。27 個功率單元，每相由9 個功率單元串聯而成。功率輸出部分每相由9 個額定輸入電壓為630 V 的功率單元串聯而成，共可以輸出19 種電平，輸出相電壓最高可達6 350 V，線電壓可達11 kV 左右。如圖5 所示。

3 FSDrive-MV1S 高壓變頻器的應用

　　3.1 現場設備參數

　　離心鼓風機參數：額定阻力矩MT=61 205 N·m，軸功率NZ=6 399 kW，主軸轉速n=1 000 r/min，飛輪矩mD2 = 71 000 kg·m2。

　　同步電動機參數：額定功率7 000 kW，額定電流461 A，額定電壓10 kV，額定頻率50 Hz，轉速1 000 r/min，效率97.32豫，絕緣等級F，轉動慣量J=1 400 kg·m2，功率因數（越前）0.9。

3.2 變頻器額定容量的計算

　　根據現場參數計算變頻器額定容量。

　　變頻調速啟動時，通過風門關閉可以有效的減小負載，不必按照100%的負載選擇變頻器的容量，以此可節約投資成本。依據圖6 所示的風機阻力矩曲線圖得到啟動開度為10毅時的最大負載轉矩為20 405 N·m，選取加速時間為200 s，則可進行變頻器容量的計算。

3.3加減速時間的校核

很明顯，在定子側的各物理量（電壓、電流、電動勢、磁動勢）都是交流量，以同步轉速旋轉，控制、調節和計算都不方便。通過磁場定向、坐標變換之后可以在電磁轉矩產生的意義上與直流電機等效，可以方便靈活的控制電磁轉矩。這里可以通過產生恒轉矩來獲得盡量少的加速時間。按照電機額定轉速和變頻器容量90%時的電磁轉矩為

　　在變頻器選型以及相關軟起系統的其他設備選型時按照100%ED的工作制來考慮，可以滿足頻繁起動以及其他特殊情況下的設備運行，并且設備維護保養簡單，便于最終用戶管理及使用。

4 結語

　　應用高壓變頻器時，根據實際參數，借助計算機軟件獲得比較精確的計算結果可較準確的對變頻器選型，從而滿足現場運行要求。