张选正

(索肯和平(上海)电气有限公司，上海 201908)

0 引言

高低压变频器在国内面世20年以来，已广泛应用在各行各业中，且每年以20%的递增率增长，使用率已达30%以上，由此可见发展前景良好，新品亦不断出现。由深圳市科陆变频器有限公司研究开发并已生产的四象限转子变频器CL1700系列即是个创新产品。

1 变频器输出接绕线电机转子

极大多数变频器输出是接电机的定子绕组方式来调速或节电的，如图1所示。

图1 变频器输出接电机定子绕组

高压配电3 kV、6 kV、10 kV的高压电机，必须使用高压变频器与之相配。通常有二电平、三电平、多电平拓扑等电路结构，而主电路功率器件IGBT或IGCT必须是高压，甚至要多个串联，这样使用器件数量多、电路复杂、成本较高、柜体较多、占地亦大，但当使用交流异步电机是绕组式时，则可将变频器输出接转子绕组，见图2。

图2 变频器输出接转子绕组

原因是转子的电压低，约为输入高压的10%，这样改接后就可使用中、低压变频器。因此成本下降、电路简单、柜体减少、占地减少、技术成熟，这就是创新转子变频器的原因所在。CL1700主电路见图3。

例高压绕线式电机功率400 kW，其参数如表1所示。

当转子额定电压与变频器输出的额定电压相当时，则降压变压器T就可不要了。

图3 CL1700主电路

表1 高压绕线式电机参数

2 CL1700采用的高新技术

CL1 700采用的高新技术有:(1)低压IGBT、二极管直接串联技术;(2)输出标准正弦波技术;(3)输出电压低谐波技术，最小达到0.19%(25 Hz);，以及输出电压稳压技术;(4)动态电流环控制技术、数字控制技术、空间电压矢量控制技术、冗余设计技术。

在额定电压、额定频率范围内，CL1700系列变频调速装置的低谐波特性如表2所示。

表2 CL1 700系列的低谐波特性

3 CL1700能为用户带来的收益

CL1700能为用户带来的收益如下:

(1)降低无功损耗，输入功率显著增加，使用CL1700系列变频调速装置后，输入功率因数将提高到0.93以上，无功损耗大幅降低;

(2)电耗明显下降，以风机、水泵类负载节能最为显著，每年平均节能达50%，提升机类每年平均节能达25%;

(3)电机和相关机械设备寿命延长，变频起动克服了其他起动方式所固有的冲击电流，电机和其驱动的负载避免了机械冲击，寿命延长;

(4)系统维护工作量大幅减少，电机及其驱动的相关机械设备损耗降低;

(5)生产效率及生产工艺自动化程度提高;

(6)人员和设备的工作条件大大改善，操作简单、工作现场无较大热量产生，设备无冲击和振动，操作人员工作环境和设备运行条件获得改善;

(7)提升机系统安全得以提高，操纵更容易;

(8)提升机系统负力下放方便易行;

(9)不干扰其他设备。

4 采用低压(380 V)成熟二电平拓扑技术的优点

采用低压(380 V)成熟二电平拓扑技术优点有:(1)易于把低压产品先进的矢量控制技术移植到高压产品中;(2)可靠性高;控制简单、高精度;(3)控制波形产生的同时基本能消除低次谐波;(4)低频段波形好、低频输出力矩大;(5)易于再生电能反馈电网，实现电能双向流动及能耗制动;(6)产品体积小易维护。成熟的二电平拓扑结构分别如图4～图6所示。

图4 基本二电平拓扑

图5 带能耗制动的二电平拓扑

图6 电能双向流动的二电平拓扑能量回馈

5 器件串联技术

器件串联技术，分别如图7～图9所示。

图7 基本器件串联技术

6 谐波含量图

谐波含量图如图10所示。

图8 带能耗制动的器件串联技术

图9 电能双向流动的器件串联技术

图10 谐波含量图

由图10可看出:CL1700具有高效率、低频时有2倍大的转矩输出、无输入变压器，输出电压谐波小、直流滤波电容采用无极性防爆薄膜电容、电力电子功率器件全部选用进口是牵引级产品、全中文对话菜单、操作简单、体积小等优点。

7 共用直流母线多逆变器

共用直流母线多逆变器可分为分能量自耗型(见图11)和能量回馈型(见图12)两种。

图11 分能量自耗型

图12 能量回馈型

两个输出逆变器有可能发生以下几种情况:

(1)A、B逆变器同时耗电;

(2)A逆变器耗电，B逆变器发电;

(3)A逆变器发电，B逆变器耗电;

(4)A、B逆变器同时发电。

8 CL1700系列产品基本类型及系统构成

CL1700系列产品基本类型有:四象限能量回馈型、提升机专用矢量控制型、四象限转子变频器、防爆专用及防爆机心型、风力发电及机车牵引专用型。系统构成包括:

(1)660 V、1 140 V、1 250 V、1 700 V、2 300 V:一个柜体，内部包含输入滤液、网侧整流器、直流、负载侧逆变器、正弦滤波器、控制系统等;

(2)3 000 V:两个柜体，包含输入输出柜、逆变控制柜;

(3)6 000 V、10 kV:四个柜体，包含开关柜、滤波柜、逆变柜(通用抽屉式逆变臂(3 min快速更换))、控制柜(抽屉式)。

9 结 语

对现有矿井提升机采用转子串电阻调速的改造及新建设矿井选用本产品，以及现在用绕线式电机要改造为变频调速或其他设备改造为变频调速是一种较合适的方式，并符合好、省的技术、经济要求。

CL1700系列产品主要应用在提升机风机、水泵类负载。电压范围为0.66～13.8 kV AC，容量范围为30～6 300 kW。

CL1700系列变频调速装置采用成熟的二电平拓扑方案及器件串联技术，具有以下特点:

(1)技术成熟且可靠性和效率高，模块化结构且维护简单;

(2)额定频率范围内具有低谐波的正弦波输出且无较大的dU/dt;

(3)输入呈现高功率因数，且控制精度高;

(4)大力矩输出，电流控制能力强，可带满载起动;

(5)四象限、能耗制动、共直流母线等灵活的方案应用;

(6)电机电缆长度可达5 km，且额定输出电压范围内不平衡度小于2%。