利德華福功率單元模塊HARS700/420-AP10利德華福功率單元模塊HARS700/420-AP10

高壓變頻器是用于控制高壓電機轉(zhuǎn)速的電力電子設(shè)備，其核心功能是將工頻高壓交流電（如 3kV、6kV、10kV）轉(zhuǎn)換為頻率和電壓均可調(diào)的高壓交流電，以實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，達到節(jié)能、優(yōu)化工藝等目的。其運作原理可分為主電路轉(zhuǎn)換和控制邏輯兩大部分，具體如下：

一、主電路的核心轉(zhuǎn)換過程

1. 整流環(huán)節(jié)（AC→DC）

• 作用：將輸入的工頻高壓交流電轉(zhuǎn)換為直流電（脈動直流）。

• 原理：
  輸入的高壓交流電（如三相 380V 或更高）首先通過移相變壓器進行降壓或隔離（因高壓變頻器功率單元多采用低壓器件串聯(lián)，需將高壓分配到多個低壓單元），然后由整流橋（由二極管或晶閘管組成）將交流電整流為直流電。
  整流后的直流電含有一定紋波，需通過濾波電容或平波電抗器進行平滑處理，得到穩(wěn)定的直流母線電壓。

2. 逆變環(huán)節(jié)（DC→AC）

• 作用：將穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓可調(diào)的交流電。

• 原理：
  逆變環(huán)節(jié)是高壓變頻器的核心，由功率開關(guān)器件（如 IGBT、IGCT 等）組成逆變橋。通過控制芯片（如 DSP）輸出的PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號，控制功率器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時間，將直流母線電壓逆變?yōu)橐幌盗械确坏葘挼拿}沖波。
  這些脈沖波通過特定的組合（如正弦脈寬調(diào)制 SPWM），可等效合成頻率可調(diào)（0~50Hz 或更高）、電壓可調(diào)（與頻率成比例，滿足電機 “V/f 恒定" 特性）的正弦交流電，驅(qū)動高壓電機運行。

3. 高壓隔離與輸出

• 由于高壓電機需高壓供電（如 6kV），而單個功率器件耐壓有限（如 IGBT 耐壓通常在 1.2kV~6.5kV），高壓變頻器多采用功率單元串聯(lián)拓撲：將多個低壓逆變單元的輸出端串聯(lián)，疊加后形成高壓交流電，直接驅(qū)動高壓電機，無需額外升壓設(shè)備。

二、控制邏輯與調(diào)速原理

• 功率單元：是構(gòu)成高壓變頻器主回路的主要部分，由整流橋、可控硅、電解電容、IGBT 等組成。其作用是通過整流、濾波、逆變等過程，將輸入的高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電輸出。

• 整流橋：功率單元中的關(guān)鍵部件，內(nèi)部封裝有整流二極管，用于將交流變成直流。根據(jù)封裝形式和應(yīng)用場景不同，內(nèi)部二極管數(shù)量和連接方式有所不同，常用的電壓等級有 1400V、1800V。

• 可控硅：使用在功率單元的充電電路和旁通回路上，起 “開關(guān)" 作用，常用的電壓等級有 1400V、1800V。

• 電解電容：對整流橋整流后的直流進行濾波，以確保直流電壓的穩(wěn)定，常見的電壓等級為 400V，容量有 3300μF、6800μF、10000μF 等。

• IGBT：用于將直流變?yōu)榻涣?，實現(xiàn)逆變功能。大部分 IGBT 為 “雙管" 結(jié)構(gòu)，常用的電壓等級有 1200V、1700V，電流等級有 75A、100A、150A 等。

• 單元電源板：從功率單元直流母線上取電，輸出 24V 直流電源供單元控制板使用。

• 單元控制板：接收主控系統(tǒng)信號，給驅(qū)動板提供控制信號，同時進行實時故障監(jiān)測，并向主控系統(tǒng)上報故障信息，還負責(zé)給單元驅(qū)動板供電。

• 單元驅(qū)動板：接收單元控制板的控制信號，為單元上的四路 IGBT 提供驅(qū)動信號，同時對驅(qū)動故障進行監(jiān)測，上報單元控制板。

• 旁通 OK 板：在單元控制板發(fā)出旁通信號以后，對旁通回路進行檢測，檢測信號輸入單元控制板。

• 主控底板：如西門子羅賓康的 A1A098194 主控底板，承擔(dān)電氣連接、信號傳輸及機械支撐功能，確保變頻器穩(wěn)定運行，可配套其他組件使用，形成完整的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

• 通訊板：例如西門子羅賓康的 A5E03407403 通訊板，負責(zé)實現(xiàn)變頻器與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和通訊，支持高級通訊協(xié)議和功能，可提升系統(tǒng)自動化水平。

• 高壓真空接觸器：用于高壓變頻器的輸入、輸出電路中，起到開關(guān)和保護作用，如 JCZ5-12D 型高壓真空接觸器，有 4 開 4 閉觸點。