人們習(xí)慣所稱的高壓變頻器和高壓電機(jī)，實(shí)際上電壓一般為3~10kV, 國(guó)內(nèi)主要為3kV、6kV和10kV。與電網(wǎng)電壓相比，它只能算作中壓，所以有的國(guó)外資料也稱之為中壓變頻器和中壓電氣設(shè)備。

高壓變頻器的發(fā)展和應(yīng)用離不開高電壓、大電流的電力電子器件。與低壓變頻器中的功率開關(guān)器件相比，高壓開關(guān)器件最重要的特性就是在阻斷狀態(tài)時(shí)能承受高電壓，同時(shí)還要求在導(dǎo)通狀態(tài)下具有高的電流密度和低的導(dǎo)通壓降：在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)具有足夠短的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間，并能承受高的du/dt和di/dt。

目前，在高壓變頻器中得到廣泛應(yīng)用的電力電子器件主要有GTO、IGBT、IGCT等。

一、高壓變頻器控制方式

1. 恒UIlf控制

在工業(yè)傳動(dòng).上，般應(yīng)用場(chǎng)合采用變壓變頻(VVVF),即UIf恒定的開環(huán)控制，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低。比較適用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量的拖動(dòng)性工業(yè)負(fù)載。主要問題是系統(tǒng)的低速性能較差，不能保持磁通長(zhǎng)久恒定，需要電壓補(bǔ)償，同時(shí)異步電動(dòng)機(jī)要強(qiáng)迫通風(fēng)制冷。

2.矢量控制

矢量控制可以獲得很高的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)，由于異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)對(duì)其影響比較大，因此此類系統(tǒng)多配備專用電動(dòng)機(jī)，對(duì)于諸如大型軋機(jī)類，對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合，常用到矢量控制雙PWM結(jié)構(gòu)的三電平電壓源型高壓變頻器。

3.直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)，且無超調(diào)，與矢量控制相比，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，是一-種高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法，常用于三電平高壓變頻裝置中。

4.無速度傳感器矢量控制

此種控制方式又稱為直接矢量控制。羅克韋爾公司的Fowerflex7000 型變頰器就采用了這種控制方式。實(shí)現(xiàn)無速度傳感器控制的關(guān)鍵，是如何從容易得到的定子電流、定子電壓中計(jì)算出與速度有關(guān)的量。

矢量控制的核心是控制電機(jī)的磁通，因此磁通的觀測(cè)也是無速度傳感器控制的關(guān)鍵之一，為保證控制精度，在無速度傳感器控制器中均有參考辨識(shí)部件。

二、高壓變頻器對(duì)電網(wǎng)與電動(dòng)機(jī)的影響

1.對(duì)電網(wǎng)的影響

出于高壓變頻器容量一股較大， 占整個(gè)電網(wǎng)比例較為顯著考慮，所以高壓變頻器對(duì)電網(wǎng)的譜波污染已不容忽視。解決諧波污染有兩種方法：一是采取消波濾波器，對(duì)高壓變現(xiàn)器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行治理，以達(dá)到供電部門的要求：二是采用諸波電流較小的變頻器，變頻器本身基本不對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，即采用所謂的“綠色”電力電子產(chǎn)品，從本質(zhì)上解訣諧波污染問題。

一般電流源型 變頻器用的6脈波晶閘管電流源型整流電路，其總的諧波電流失真約為30%，遠(yuǎn)高于IEEE519 1992 標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的電流失真小于5%的要求，所以必須設(shè)置輸入諧波濾波器。對(duì)12 脈波晶閘管整流電路，其總諧波電流失真約為10%， 仍需安裝諧波濾波裝置。大多數(shù)PWM電壓源型變頰器都采用二極管整流電路，如果整流電路也采用PWM控制，則可以做到輸入電流基本為正弦波，諧波電流很低。單元串聯(lián)多電平變頻器采用多重化結(jié)構(gòu)，輸入脈波數(shù)很高?？偟闹C波電流失真可低于10%， 不加任何濾波器就可滿足電網(wǎng)無諧波失真的要求。

高壓變頻器的另一項(xiàng)綜合性能指標(biāo)是輸入功率因數(shù)，普通電流源型變頻器的輸入功率因數(shù)較低，且會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的下降而線性下降，因此需要設(shè)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。二極管整流電路在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)，一般不必設(shè)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。 采用全控型電力電于器件構(gòu)成的PWW型整流電路，其功幸因數(shù)可調(diào)，可以做到接近1。單元串聯(lián)多WM業(yè)頻功事國(guó)數(shù)效高，安際動(dòng)舉因數(shù)在整個(gè)調(diào)遞范國(guó)內(nèi)可達(dá)送到0.95以上。

從以上兩項(xiàng)指標(biāo)來看，全控型電力電子器件的PWM光PWM(高低結(jié)構(gòu))變頻器均屬“綠色”電力電子產(chǎn)品。

三、對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響

高壓變頻器輸出譜波會(huì)在電動(dòng)機(jī)中引起諧波發(fā)熱(鐵心)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，且輸出du/dr.、共模電壓與噪聲等也會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)有負(fù)面影響。電流源型變頻器由于輸出諧波和共模電壓較大，電動(dòng)機(jī)需降額使用和加強(qiáng)絕緣，且存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，使其應(yīng)用受到限制。

三電平電壓源型變頻器存在輸出諧波和du/dt等問題，一般要設(shè)置輸出濾波器，否則必須使用專用電動(dòng)機(jī)。對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵等一般不要 求四象限運(yùn)行的設(shè)備，單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器在輸出諧波、du/dt等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒有特殊的要求，具有較廣闊的應(yīng)用前景。