一种新型的高性能中压电机变频器

瞬时峰值地线电流减小到1/5。

2．5保护

每一个附加的部件象保险丝都会降低变频器的可靠性及增加设备的费用，耐压数kV的低额定电流的保险丝是代价很高的元件。新的变频器用两只叫做“保护IGCT”的半导体开关器件代替直流保险丝，当变频器发生故障时，它可以立即将整流器与直流母线隔离。其反应是如此之快，使母线电流不会大于其正

常值水平，只有直流母线电容的能量通过故障变频器散失，而不会有额外的能量通过母线进到损坏的器件，同时也保护了整流器和输入变压器。如果输入隔离变压器有足够的阻抗的话，在整流器的母线侧没有必要安装保险丝。如果有二极管损坏的话（这种可能性很小），变压器的保护开关可以足够快地动作，保护整流器故障不扩大。

2．6电机控制

电机控制是基于定子磁场定向原理的直接转矩控制（DTC），它工作时不需要速度传感器，可以给出最快的动态响应和精确的速度控制。其静态转速误差大约仅为电机转差率的10％左右，也即对于标准交流电机来说是其转速范围的0.1％。DTC控制的优越性已被无数的低压变频器在工业应用中证明。其控制软件C被用到快速信号处理器（DSP）中，其内部控制环每隔25μs计算一次，这就能使转矩保持在参考值附近很窄的范围内。为了便于使用，控制软件在电机第一次起动之前，有一个辨识运行功能（ID?run），用来识别电机的参数。这个标准的ID?run是在停车时运行的。如果要求非常高的性能和自动速度转换控制的话，可使用另一个外加的ID?run功能，它利用一个规定的运行试验顺序来控制电机。

2．7用户接口 该变频器既可以就地控制也可以远方控制。就地控制面板就象低压变频器一样，它允许操作人员象操作低压变频器一样操作中压变频器。在远方控制时，要么通过模拟信号传输或者采用不同类型的工业现场总线。这就使得具有最大的适应性将其连接到现有的过程控制设备。为了完成诊断和进行完善的参数设置，可将PC机接到变频器完成控制。SW工具就象在低压变频器上一样，因为操作人员也常将它同样用在中压变频器上。SW工具对于检修也是同样有效的，这就给检修人员提供了方便，他们在检修低压变频器和中压变频器时常利用这个工具，尽管他们每年仅需要对中压变频器维修一次。 3试验结果

没有输出滤波器的中压变频器在驱动普通鼠笼型异步电机时的负面影响已经在很多文章中得到确认。中压变频驱动对电机的大多数共同的有害影响归纳如下：

1）由于IGBT或IGCT中压开关器件产生的10～20kV/μs的dv/dt对电机绕组的绝缘构成了威胁。

2）由于过高的谐波电流含量导致电机的温升增加，而降低了电机的带载能力。

3）电机端陡峭的共模电压导致轴向电机电流。

4）由于非正弦磁通引起的铁损使可闻噪声增加。

试验的目的是证明新的VSD拓扑对电机的良好的性能，其次电机制造商的兴趣是定义新装置驱动的电机的效率，以减小电机的损耗。直到目前所有的VSD驱动都使电机损耗超标，只能降额使用。

全部试验都用相同的电机，电机都符合IEC标准，是一种循环冷却的TEWAC电机。电机的铭牌参数见表1。

表1试验电机参数项目UI/VII/API/kWn/r/minfI/HzcosΦ接法
数值41603562000715600.81Y
3.1电机温升试验

温升试验是用相同的电机在两种不同的供电方式下完成的:直接电网供电和由VSD供电，电机带额定负荷。温度测量采用热电阻方法，其测量结果见表2。

表2电机满负荷温升项目DOL供电VSD驱动
UIn/V40004020
II/A357356
f/Hz6060
温升/℃45.544.8
根据这个测量结果，用VSD驱动时的电机温升稍低于由电网直接供电的电机，这可以被解释为系统的测量误差。这个结论证明用新的VSD驱动的电机的温升不会高于直接供电的电机。这比起其它的VSD方案有明显的改善，而用其它中压调速驱动的电机一般要降额5％～15％使用。

3．2电压上升时间和它对电机的影响

由中压VSD产生的短的电压上升时间使许多用户担心导致电机绕组绝缘的损伤和故障，图2示出了一个典型的没有输出滤波器时的输出电压波形，这种电压对电机产生的主要影响如下。

1）电机电流的高谐波含量。

2）由于电压反射，会在电机端产生非常高的电压。 高的谐波含量会导致高的损耗，这样电机的温升也比由电网直接供电时要高。而短的电压上升时间能够导致电压反射，使得终端瞬时电压高于入射电压，这将会加速电机定子绕组的绝缘老化。这些影响实际

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一种新型的高性能中压电机变频器

图3采用新的交流调速驱动器的电机在改变转速

和转矩时的负载能力曲线

图4鼠笼式感应电机运行在纯正弦波电压源（DOL）和由新型拓扑VSD变频器带输出滤波器时的效率曲线。（运行在100％恒定转矩下）