安川高压变频器及其在应用中的计算

1 概述

　　高压变频器为了满足对网侧谐波的要求，整流部分采用多脉波整流器结构；为了实现高压大容量和减小对电机侧的影响，逆变部分采用串联（或多电平）的逆变器结构。目前高压变频器的拓扑结构不尽相同，各有优缺点。本文对安川H桥单元级联高压变频器的拓扑结构进行了分析，并介绍了其在攀钢炼铁厂烧结风机中应用时的相关计算方法，为高压变频器的选型、计算提供参考。

2 FSDrive-MV1S高压变频器拓扑结构

　　2.1 多脉波整流

　　多脉波整流器以脉波宽度为60毅的6 脉波三相全波整流（或等效三相全波整流）作为基本单元，使用共m组整流电路的交流侧电压依次移相琢越60毅/m，则可组成脉波数为p=6 m的多脉波整流器[1]。FSDrive-MV1S高压变频器采用的是分离型

　　多脉波整流器的结构[2]，即每一个6 脉波三相全波整流单元给一个单独的直流负载供电。串联型多脉波整流器，即所有6 脉波三相全波整流单元在直流输出侧串联，多用于二极管箝位多电平高压变频器和飞跨电容多电平高压变频器的整流。

　　移相变压器是多脉波整流不可缺少的组成部分，可以实现二次侧绕组的移相，同时实现整流器

2.2 H 桥单元级联逆变器

　　多电平变频器的基本思想是把多个功率器件按一定的拓扑结构连接成可以提供多种电平输出的电路，然后使用适当的控制逻辑将几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦输出电压[3][4]，如图4 所示，H桥单元级联逆变器多电平输出分析如表1、表2所列。

　　10 kV 的FSDrive-MV1S 高压变频器的输入变压器是绝缘等级为H级的干式移相变压器，变压器一次侧绕组直接联到电网的高压输入端，二次侧有27 个二次绕组，采用延边三角形联结，分为9 个不同的相位组，每组的相位差6.7毅。同一相位组的每三个二次绕组，分别给电动机的三相功率单元供电，形成了54脉波分离型多脉波二极管整流的结构。27 个功率单元，每相由9 个功率单元串联而成。功率输出部分每相由9 个额定输入电压为630 V 的功率单元串联而成，共可以输出19 种电平，输出相电压最高可达6 350 V，线电压可达11 kV 左右。如图5 所示。

3 FSDrive-MV1S 高压变频器的应用

　　3.1 现场设备参数

　　离心鼓风机参数：额定阻力矩MT=61 205 N·m，轴功率NZ=6 399 kW，主轴转速n=1 000 r/min，飞轮矩mD2 = 71 000 kg·m2。

　　同步电动机参数：额定功率7 000 kW，额定电流461 A，额定电压10 kV，额定频率50 Hz，转速1 000 r/min，效率97.32豫，绝缘等级F，转动惯量J=1 400 kg·m2，功率因数（越前）0.9。

3.2 变频器额定容量的计算

　　根据现场参数计算变频器额定容量。

　　变频调速启动时，通过风门关闭可以有效的减小负载，不必按照100%的负载选择变频器的容量，以此可节约投资成本。依据图6 所示的风机阻力矩曲线图得到启动开度为10毅时的最大负载转矩为20 405 N·m，选取加速时间为200 s，则可进行变频器容量的计算。

3.3加减速时间的校核

很明显，在定子侧的各物理量（电压、电流、电动势、磁动势）都是交流量，以同步转速旋转，控制、调节和计算都不方便。通过磁场定向、坐标变换之后可以在电磁转矩产生的意义上与直流电机等效，可以方便灵活的控制电磁转矩。这里可以通过产生恒转矩来获得尽量少的加速时间。按照电机额定转速和变频器容量90%时的电磁转矩为

　　在变频器选型以及相关软起系统的其他设备选型时按照100%ED的工作制来考虑，可以满足频繁起动以及其他特殊情况下的设备运行，并且设备维护保养简单，便于最终用户管理及使用。

4 结语

　　应用高压变频器时，根据实际参数，借助计算机软件获得比较精确的计算结果可较准确的对变频器选型，从而满足现场运行要求。