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[摘要]：本文详细介绍了POWERSMART高压变频器的系统组成，控制原理，及其技术特点与优势。控制系统采用双DSP控制，可靠性高，是单元串联多重化电压源型完美无谐波高-高式高压变频器，并介绍了高压变频器的出厂测试情况。
[关键词]：变频器 多重化 飞车启动 完美无谐波
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009-914X（2012）12- 0001 -01
0、引言
据统计，工业用电中60%～70%的电量被电动机所消耗，而这些电中，又有约90%被三相交流异步电动机所消耗，可见电动机用量之大。变频器的出现，使得交流电动机调速困难、交变速设备结构复杂且效率和可靠性不尽人意的缺点得以改善。在我国，变频器已在各行各业得到推广应用，基于变频器的交流电机变频调速系统具有调速方便、体积小、噪声小、能耗低、保护功能完善、组态灵活、可靠性强、智能化、数字化、网络化、易维护等特点，每年以20%的递增量在发展。因此，合理的使用和维护变频器对自动化工程人员来说至关重要。 高压变频器是以“高压、大功率”电力电子技术为核心技术，以“高效节能、新型能源”为产品发展方向，本文主要对PowerSmart系列高压变频器功能、出厂测试进行介绍。
1、 Power SmartTM高压变频调速控制装置系统组成
目前，国内市场上的变频器品牌多达上百种，应根据项目的预算，项目要求和个人熟悉程度等多种因素综合考虑品牌和型号。就市场占有量来说，日本的东芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的变频器生产厂家，在我国有较大的市场份额；ABB、西门子、施耐德等欧美品牌也相继进入中国；LG、三星、现代重工等韩国的后起之秀也在争夺中国市场；当然，国内的台达、台安、时代、康沃等公司也占有一席之地。总体而言，欧美国家的产品以性能先进、环境适应能力强而著称；日本产品以外型小巧、功能丰富而闻名；我国港澳台的产品以功能简单实用而流行；大陆产品则以价格低廉、功能专用、简单而广泛应用。
Power SmartTM系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。切分移相干式变压器为变频器的输入设备，一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面（数码管和彩色触摸屏可选）、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。
2 、工作原理
Power SmartTM系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。采用多重化叠加的方式，使变频器输出电压的谐波含量很小，不会引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dV/dt也很小，不会给电机增加明显的应力，因此可以向普通标准型交流电动机供电，而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dV/dt都很小，不需要附加输出滤波器，输出电缆也长度无要求。由于谐波很小，附加的转矩脉动也很小，避免了由此引起的机械共振。变频器工作时的功率因数达0.96以上，完全满足了供电系统的要求。因此不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置，也不会与现有的补偿电容装置发生谐振，变频器工作时不会对同一电网上运行的电气设备发生干扰，因而被人们誉为“完美无谐波的高压变频器”。
3、 技术特点
采用双DSP控制，可靠性高，杜绝了变频器死机问题；采用36脉冲整流（以6KV变频器为例）及空间矢量多重化PWM技术，每相由6个功率单元串联而成，并直接驱动电动机，无需输出升压变压器。输出电平数高，dv/dt很小，输出波形接近正弦波。采用专利技术的实时光纤传送技术，对功率单元进行控制。变频器输出转矩脉冲窄，控制精度高，避免了机械共振。完善的自我诊断和故障预警机制，上电自检，运行中实时监测，检测速度高。通过双DSP系统，实现纳秒级运算并进行综合判断，分析准确，减少变频器误报警。具有PWM控制波形与逆变输出波形实时验证功能，提高了输出波形的准确性，增强了系统无故障的运行能力。具有反转启动和飞车启动功能，无论电机处于正转还是反转状态，变频器均可实现大力矩直接启动。具备来电自启动功能，避免电网短时失电对生产造成影响。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时，系统均能故障定位并且及时告警或保护，对电网波动的适应能力强。支持中心點偏移式的旁路技术。当某一个功率单元失效时，能够立即对该单元实施旁路处理，而整个变频器的输出仍能维持94%以上的电压，这保证了系统的不间断运行。
4、出厂测试
Powersmart系列高压变频器检验项目（全功率出厂测试）包括：①一般检验：包括外观、部件、元器件。②电气间隙与爬电距离检验。③安全与接地检验。④外壳防护检验。⑤保护功能检验。⑥显示功能检验。⑦效率检验。⑧功率因数检验。⑨输出电压检验。⑩频率分辨率检验。 过载试验。 连续运行试验。 启动特性控制实验。 温升试验。 谐波实验。 控制回路上电源切换实验。 不间断后备电源实验。 高压掉电短时跟踪再启动实验。 飞车启动试验。
每一台PowerSmart系列高压变频器，在出厂时都经过严格测试。组建高压大功率变频器实验室。具体包括：电气性能试验室，负责对产品的工频耐压、电气绝缘、三防、效率、功率因数、产品的动态特性等性能进行综合测试。电磁兼容实验室，负责对产品进行快速脉冲群、静电、浪涌、电压跌落等项目试验。单元模块老化实验室，负责对每一个功率单元、控制单元板进行高温带载72小时老化实验。中高压变流试验站，负责对中高压等级的变频器、软启动器、兆瓦级风力发电变流器、SVC产品进行智能化带负载性能测试。其所能测试等级为690V到10KV，最大测试功率可达到5000KW。它为高压变频器的技术发展提供了一个全方位的试验平台。
参考文献：
1、仲明振，赵相宾.高压变频器应用手册.机械工业出版社.2009.9.1版第254-325.
2、吕汀，石红梅.编.《变频技术原理与应用》.机械工业出版社.
3、王廷才.主编.《变频器原理及应用》.机械工业出版社.
4、何超.主编.《交流变频调速技术》.北京航空航天大学出版社.
5、孟晓芳，李策，王钰.等编.《西门子系列变频器及其工程应用》.机械工业出版社
[关键词]：变频器 多重化 飞车启动 完美无谐波
中图分类号：TN77 文献标识码：TN 文章编号：1009-914X（2012）12- 0001 -01
0、引言
据统计，工业用电中60%～70%的电量被电动机所消耗，而这些电中，又有约90%被三相交流异步电动机所消耗，可见电动机用量之大。变频器的出现，使得交流电动机调速困难、交变速设备结构复杂且效率和可靠性不尽人意的缺点得以改善。在我国，变频器已在各行各业得到推广应用，基于变频器的交流电机变频调速系统具有调速方便、体积小、噪声小、能耗低、保护功能完善、组态灵活、可靠性强、智能化、数字化、网络化、易维护等特点，每年以20%的递增量在发展。因此，合理的使用和维护变频器对自动化工程人员来说至关重要。 高压变频器是以“高压、大功率”电力电子技术为核心技术，以“高效节能、新型能源”为产品发展方向，本文主要对PowerSmart系列高压变频器功能、出厂测试进行介绍。
1、 Power SmartTM高压变频调速控制装置系统组成
目前，国内市场上的变频器品牌多达上百种，应根据项目的预算，项目要求和个人熟悉程度等多种因素综合考虑品牌和型号。就市场占有量来说，日本的东芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的变频器生产厂家，在我国有较大的市场份额；ABB、西门子、施耐德等欧美品牌也相继进入中国；LG、三星、现代重工等韩国的后起之秀也在争夺中国市场；当然，国内的台达、台安、时代、康沃等公司也占有一席之地。总体而言，欧美国家的产品以性能先进、环境适应能力强而著称；日本产品以外型小巧、功能丰富而闻名；我国港澳台的产品以功能简单实用而流行；大陆产品则以价格低廉、功能专用、简单而广泛应用。
Power SmartTM系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。切分移相干式变压器为变频器的输入设备，一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面（数码管和彩色触摸屏可选）、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。
2 、工作原理
Power SmartTM系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。采用多重化叠加的方式，使变频器输出电压的谐波含量很小，不会引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dV/dt也很小，不会给电机增加明显的应力，因此可以向普通标准型交流电动机供电，而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dV/dt都很小，不需要附加输出滤波器，输出电缆也长度无要求。由于谐波很小，附加的转矩脉动也很小，避免了由此引起的机械共振。变频器工作时的功率因数达0.96以上，完全满足了供电系统的要求。因此不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置，也不会与现有的补偿电容装置发生谐振，变频器工作时不会对同一电网上运行的电气设备发生干扰，因而被人们誉为“完美无谐波的高压变频器”。
3、 技术特点
采用双DSP控制，可靠性高，杜绝了变频器死机问题；采用36脉冲整流（以6KV变频器为例）及空间矢量多重化PWM技术，每相由6个功率单元串联而成，并直接驱动电动机，无需输出升压变压器。输出电平数高，dv/dt很小，输出波形接近正弦波。采用专利技术的实时光纤传送技术，对功率单元进行控制。变频器输出转矩脉冲窄，控制精度高，避免了机械共振。完善的自我诊断和故障预警机制，上电自检，运行中实时监测，检测速度高。通过双DSP系统，实现纳秒级运算并进行综合判断，分析准确，减少变频器误报警。具有PWM控制波形与逆变输出波形实时验证功能，提高了输出波形的准确性，增强了系统无故障的运行能力。具有反转启动和飞车启动功能，无论电机处于正转还是反转状态，变频器均可实现大力矩直接启动。具备来电自启动功能，避免电网短时失电对生产造成影响。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时，系统均能故障定位并且及时告警或保护，对电网波动的适应能力强。支持中心點偏移式的旁路技术。当某一个功率单元失效时，能够立即对该单元实施旁路处理，而整个变频器的输出仍能维持94%以上的电压，这保证了系统的不间断运行。
4、出厂测试
Powersmart系列高压变频器检验项目（全功率出厂测试）包括：①一般检验：包括外观、部件、元器件。②电气间隙与爬电距离检验。③安全与接地检验。④外壳防护检验。⑤保护功能检验。⑥显示功能检验。⑦效率检验。⑧功率因数检验。⑨输出电压检验。⑩频率分辨率检验。 过载试验。 连续运行试验。 启动特性控制实验。 温升试验。 谐波实验。 控制回路上电源切换实验。 不间断后备电源实验。 高压掉电短时跟踪再启动实验。 飞车启动试验。
每一台PowerSmart系列高压变频器，在出厂时都经过严格测试。组建高压大功率变频器实验室。具体包括：电气性能试验室，负责对产品的工频耐压、电气绝缘、三防、效率、功率因数、产品的动态特性等性能进行综合测试。电磁兼容实验室，负责对产品进行快速脉冲群、静电、浪涌、电压跌落等项目试验。单元模块老化实验室，负责对每一个功率单元、控制单元板进行高温带载72小时老化实验。中高压变流试验站，负责对中高压等级的变频器、软启动器、兆瓦级风力发电变流器、SVC产品进行智能化带负载性能测试。其所能测试等级为690V到10KV，最大测试功率可达到5000KW。它为高压变频器的技术发展提供了一个全方位的试验平台。
参考文献：
1、仲明振，赵相宾.高压变频器应用手册.机械工业出版社.2009.9.1版第254-325.
2、吕汀，石红梅.编.《变频技术原理与应用》.机械工业出版社.
3、王廷才.主编.《变频器原理及应用》.机械工业出版社.
4、何超.主编.《交流变频调速技术》.北京航空航天大学出版社.
5、孟晓芳，李策，王钰.等编.《西门子系列变频器及其工程应用》.机械工业出版社