摘要 ：深圳市微能科技有限公司生产的首台高压大功率变频调速装置，是采用单元串联多电平方式，在吸收前人的技术经验和优点前提下，开发设计生产的产品，是在市场中运行比较成熟的一种技术方案。
英文摘要 ：ShenZhen Winner S&T CO.,LTD has produced the first high voltage inverters,it is made by cascading units multilevel,it is a kind of more mature technology in modern market.
关键词： 高压变频器
1、引言
深圳市微能科技有限公司是拥有自主知识产权，年产2万台低、中、高压变频器的专业生产厂家，积20余年变频器设计、生产经验，制造了首台6kW、400kW高压变频调速装置，微能科技充实您的未来。
近几年，高压变频器国内生产厂家正在迅速崛起。目前，采用变频器对交流电机进行变速驱动在工业控制上已经得到了较多的应用。特别是对风机、水泵类平方转矩负载，由于功率是与转速的立方成正比，因此采用调速控制取代阀门或挡板调节流量是最佳的节能控制方案。
高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，其技术和性能胜过以往任何一种调速方式，（如:降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串极调速和液力耦合器调速等。变频调速以其显著的节能效益、高精确的调速精度，较宽的调速范围、完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到用户和市场的认可。在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，给使用者带来了极大的便利和快捷的服务，使之成为企业采用电机节能方式的首选。
2、几种高压变频调速方式
高压大功率变频器调速是当代最先进的高压电机调速方式，但到目前为止，还没有象低压变频器那样，有统一的主回路拓扑结构。根据高压不同的组成方式，高压变频器大致可分为以下三种方式:
（1） 高－低－高方式
这种高压变频器采用变压器在电机两端实行输入降压，输出升压的方式，其实质还是低压变频器，是一种受到功率器件耐压等级技术限制而专门采用的一种变通方式。这种方式主要优点是设备成本低，但缺点非常多，如中间环节电流大，系统效率低，输出波形不好，可靠性差，占地面积大，运行成本增加等。同时功率因数低，对电网谐波污染大，随着电力电子技术的发展，已基本淘汰。
（2） 高－高三电平方式
这种高压变频器输入整流电路和逆变电路都采用二级管箝位三电平结构，两个变流器的中点相连，采用矢量控制方式，可以实现四象限运行，系统动力性能较好，但该三电平电压源型变频器存在输出谐波和dv/dt等问题，一般要设置输出滤波器，否则必须使用专用电机。
（3） 单元串联多电平方式
这种单元串联多电平PWM电压源型变频器，使用若干个低压PWM变频器串联方式实现直接高压输出。该变频器具有输入谐波低，输入功率固数高，效率高，输出波形好，逆变单元串联多电平变频器输入侧从采用多绕组移相变压器，使输入电流更接近正弦波，将多电平和多重化结合在一起。如图1所示。
评价高压变频器的指标主要有成本、可靠性、对电网的谐波污染、输入功率因数、输出谐波、dv/dt、共模电压，系统功率、能否四象限运行等。对于风机和泵类等一般不需要四象限运行的大功率电动机，单元串联多电平PWM电压源型变频器在输入输出谐波功率和输入功率因数等方面有着明显优势，目前，生产该类高压变频器的国内厂商主要有北京利德华福、合康亿盛、新电创拓和成都东方凯奇等。
3、微能高压变频器
微能公司在吸收前人的技术经验和优点，克服前人在实际运行中产生的缺点，正在开发设计生产采用单元串联多电平PWM电压型交－直－交，直接高压变频器，系统原理见图1。变频器采用空间电压矢量控制的正弦PWM技术，运用多重化设计，就是每相的几个低压PWM功率单元串联起来，功率单元串联个数因输出电压不同而异，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动，多重化设计从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题，可实现完美无谐波变频调速。
图2为6kW变频器主电给拓扑图，每相由5个额定电压为690V。每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电, 15个二次绕组分成5组，每组之间存在一个12°的相位差，图2中的每个功率单元都是由1GBT构成的三相输入, 单相输出低压PWM电压逆变器, 见图3。
每个功率单元输出电压为1、0、-1三种电平，每组5个单元叠加，就可产生11种不同的电平等级，分别为±5、±4、±3、±2、±1和0。采用功率单元串联而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器件均压问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但都承受1/5的输出相电压和1/15的输出功率。变频器由于采用多重PWM技术，由5对依次相移12°的三角载波对基波电压进行调制。对A相基波调制所得的5个信号，分别控制A1～A5，5个功率单元，经叠加可得11级阶梯电平的相电压波形，理论上19次以下的谐坡都可以抵消，总的电压和失真率分别低于1.2%和0.8%，堪称完美无谐波（HAR）变频器。它的功率因数可达0.95以上，不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置。每个功率单元的1GBT开关频率若为600Hz，则5个功率单元相连时，等效的输出相电压开关频率为6kHz。波形的改善除减小谐波外，还可以降低噪声，dv/dt值和电机转矩脉动，这种主电路拓扑结构虽然使器件数量增加，但是由于IGBT驱动功率很低，且不必采用均压电路，吸收电路和输出滤波器，可使变频器的效率高达96%以上。输入输出波形如图4所示（带6kV，315kW电机）。
4、结束语
本高压变频器有如下特点:
该产品输入谐波电流小，完全满足IEEE519-1992和GB/T14549-93谐波要求;
无需安装功率因数补偿装置，功率因数大于0.97;
无需安装输入输出滤波器，对电机无特殊要求;
系统功率高达96%;
友好的用户界面;
全中文WINDOWS NT操作平台，大屏幕真彩液晶显示，功能参数设置快捷方便，并可保存多达16套参数设置。自动记录每次操作及故障，查阅打印输出记录报告，实时查看变频器输出，输入波形;
灵活的控制方式;
通过触摸屏可实现本地控制，可通过内置的PLC的I/O实现远程控制，亦可通过RS485接口规约与DCS等连接实现上位控制。
