对国内流行的多单元串联式高压变频器的反思 点击：23111 | 回复：202
国内的高压变频器厂家, 如利德华福等，都在走ROBICON的路线：用复杂的多脉冲变压器，串联一大堆的整流桥和逆变桥以提高电压。而且几乎家家如此，互相拷贝抄袭，几乎把高压变频器变成了劳动密集型产品。
这种拓扑有那么好吗？不说别的，就成本而言，单单是那个变压器，10千伏需要27个副边绕组（最近他们提高了DC LINK电压，绕组数减少了一些，但仍然要24个）。由于铁心和铜材价格翻跟斗似的上涨，现在变压器成本几乎占变频器总成本的40%以上。这使得这种结构由于使用低压半导体而产生的成本优势荡然无存。
反观半导体器件，电压等级越做越高，现在6500V的IGBT，IGCT以及SGCT十分成熟，每安培的价格也以3~5%的速度逐年下降；实用的10千伏器件也呼之欲出。多单元串联技术在10年前是有优势的，因为那时高压半导体器件技术跟不上。但现在看，这种拓扑与半导体技术的发展背道而驰－－－－新的高压半导体技术在这种拓扑中竟然无用武之地，真是电力电子行业的一大怪事！
当然，按流行的说法，这种拓扑有谐波小的优点。
这个可以从两方面来说。第一是输入谐波。理论上，36脉冲变压器的输入谐波小于3%或更低。但实际上，由于受变压器制造工艺和变频器运行方式的制约，这个指标经常达不到，有时甚至高于5%。这是因为多脉冲变压器消除谐波的机理是利用同次谐波在不同副边绕组中的移相角不同。它对变压器有如下的要求：
1）各个副边绕组的负载必须平衡；
2）各个副边绕组的阻抗必须平衡；
3）各个副边绕组的之间的互感必须严格控制；
4）各个副边对原边的电压比必须平衡；
5）各个副边绕组的移相角必须精确。
其中第一条与变频器的运行控制有关，当电机降压运行时，不是所有的单元都输出功率，谐波并不能互相抵消。其他4条与变压器的制造工艺有关，都不太好处理。比如第5条，移相角的问题。以36脉冲为例，一共3*6=18个副边绕组，每6个一组，相互之间移10度。这10度相差一般是通过ZIGZAG的接线形成（EXTENDED-Y OR -D）。在这样小的角度下，用于产生相差的线圈经常只有几匝（大功率变压器本来匝数就少）。如果理论上，算出一个8.4匝，我们只能绕个8匝，这就有5%的匝数误差。反映到相角，有时相差一两度，怎么抵消谐波？根据我自己的经验，18脉冲变压器移相误差2度是经常的事，这时候电流中出现17次以下的低次谐波。脉冲数越多，移相角越小，变压器越是难做。这就是为什么高于36脉冲的变压器基本上做不出来。
第二方面，就是输出谐波和DV/DT小。输出谐波当然是越小越好，但是凡事有个度，关键是我们以什么代价取得这个指标。而且如前所述，变频器降压运行时，有些单元不输出功率，电平数量下降，输出谐波也会升高。我的观点是，不能不顾代价地追求输出波形质量，而应该充分利用电机对谐波的容忍度，经济地选择拓扑。至于DV/DT，一个小的DV/DT滤波器就可以解决问题。
当然，我这里并不是说多电平串联这种结构不能用，而是觉得它和半导体技术的发展严重脱节甚至背道而驰，而且它严重依赖于输入变压器。考虑到国际市场钢材和铜材价格的走向，业界也许该反思高压变频器的拓扑了。说这种拓扑高，是有根据的。ROBICON开发出这种产品后，卖了不少，占了不少的市场份额，却没有赚到多少钱，更在2005年差点破产，结果被西门子收购。西门子家大业大，他们看中的与其说是技术，不如说是市场。
照我说，这种拓扑最大的贡献是降低了高压变频器的技术门槛，让国内高校实验室都可以做出6千伏以上的样机。而且，它很容易理解和掌握，为我国变频器的推广做出了贡献。但是它也易于被复制抄袭，造成蜂拥而起。国内厂家为什么没有3电平的高压产品？为什么没有电流源型的高压产品？原因是这些拓扑技术复杂，不容易掌握。而国外主流厂家除ROBICON外，象ABB，SIEMENS，ROCKWELL，CONVERTEAM（ALSTOM），GE/TOSHIBA等，都没有用多单元串联结构，除专利的因素外，成本因素也不容忽视。
以上只是抛砖引玉，希望引起同行的注意和讨论。另外一些拓扑，比如二极管嵌位三/五电平（西门子，ABB和GE/东芝，ALSTOM等），电容嵌位多电平（ALSTOM），无变压器的AFE电流源（ROCKWELL）等，如果大家感兴趣的话，也可以一一讨论。
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1. 变频技术还处于发展阶段，由于开关损耗还比较大，所以可靠性还比较低，故障率比较高，各单位往往由于维修技术跟不上而造成停工时间长。
2. 变频装置输出电压中，高次谐波的含量大，会在电机齿槽上产生局部过热现象，烧毁绝缘，影响电机使用寿命。在调速应用时要使用特殊设计的变频电机就是这个原因。
3. 用变频装置做软起动，当达到亚同步转速要从变频电源向工频电源切换时，必须有良好的同步功能（有的变频装置不具备此功能），否则会产生机械冲击，损伤机械设备。
4. 变频装置价格昂贵。
5. 变频装置电路原理复杂，对维修技术水平要求高，维修时间长。
与变频装置相比，开关变压器式软起动装置的不足之处仅仅是起动过程中有过流现象，但时间并不长；过电流倍数也不大，空载起动不超过额定电流的2倍，负载起动（风机泵类负荷）不超过额定电流的3倍。
如果电网容量小，一定要求不能大于额定电流，则可以采用无功补偿的方式把起动电流中的无功电流（它是起动电流大的主要因素）中和掉，使它不流入电网。这时补偿装置和开关变压器式软起动装置的总造价也小于变频器的价格。
开关变压器式软起动装置用于30000KW以上电机的起动时，要采用多台12000KW起动装置并联，现在已经证明了二台并联没问题，多台并联也没问题，这是简单的电路原理。
电源电压：3kv－35kv 电机容量：200kw－60000kw；软起方式：多种；启动次数：不限；启动时间：不限：可以实现1拖六，没有电机容量限制；
哈尔滨帕特尔科技有限公司；http://www.hrbpattern.com/ 高压软起 10年内零启动失败，10年零故障率；如设备原件老化仅仅需要一个电工即可维护。
电话：045182380384 82380385 技术副总工程师 孙向瑞
qq 755523011
1. 制动单元；通用回馈单元；
2. 变频器专用输入、输出滤波器；
3. 变频器专用输入、输出交/直流电抗器；
4. 电梯专用回馈单元；起重机专用回馈单元；油田专用回馈单元
5. 波纹电阻、铝壳电阻、电阻箱、电阻柜；
产品面向国内外，主要提供给各个品牌的变频器代理商，自动化工程公司，变频器生产厂家、成套设备配套厂商等；
配套品牌：西门子、LG、富士、ABB、施耐德、西威、爱默生、欧姆龙、安川、三菱、日立等变频器。
公 司：深圳市西凯士电气有限公司
联系人：韦生
手 机：13554955169
商务 QQ：910605971
E—Mail：910605971@qq.com
看了各位的帖子，我认为应该从以下几个方面来看这个问题：
1：从市场来说：
罗宾康的高压变频基本是在风机水泵上用，AB的PF7000在国内也基本上是这个应该，而且用到PWM整流的基本很少，因为价格很高，所以从市场的角度来说这一块市场罗宾康的技术成熟度和价格都是有优势的。SGCT的备件成本也是很高的。西门子收购罗宾康也不仅仅是看重罗宾康的市场，也应该是看重技术的互补性的，因为在这一块市场只需要用到简单的无速度矢量控制，对速度精度和力矩都要求不高。
2：从控制方式来说
ABB和西门子等采用IGCT，HV_IGBT三电平技术，ABB的DTC和西门子的VC都是针对大型的生产线的主传动等，对速度和力矩控制相当高的应用场合的，需要闭环控制等应用的地方。
3：从市场和发展来看
我想大家都知道低压变频里面的风机水泵型变频和工程型变频的概念，所以以上2种高压变频其实属于2个市场定位的产品，
需要考虑的我想不仅仅是谐波问题而已，国内的变频器厂家，应该不仅仅是考虑一个IGBT还是IGCT等，而应该看到不同的
市场定位和应用，所以我想我们看高压变频应该不是简单的去看一些表面的东西！
引用上面的：
真正的高性能的中高压变频器，为什么现在SIEMENS（GM150/GL150/SM150）/ABB(ACS6000)/TMEIC(TM70)的卖那么贵，因为它们不是简单的说应用在风机水泵这一类的负载上的，更多的是冶金、提升等更复杂的工况下。像冶金中厚板的主传动，电机要求过载2.5倍，速度响应要求在100MS以内，而且是突变负载，也就是说，负载可能在一瞬间从零增加到100％，也可能瞬间从100％回到零，动态响应要求0.25％S（这个概念可能很多人都没有听说过，简单来说，就是负载突变时，速降要下，恢复时间要尽量快），而且要求频繁正反转。
事实上，直到2000年左右，除了宝钢等少数一线大钢厂，绝大多数的国内二三线冶金企业，在轧机主传动上应用的都还是直流系统，就到目前为止，我还没有听说过国内有哪个冶金企业在超过3000KW的轧机主传动上应用过H桥方式的变频器……
中国的高压变频器厂家何时才能在这个市场有所作为呢？？
所以我认为楼主包括整个中国的高压变频器厂家都是用概念来误导和炒作高压变频！
就像国内低压变频经常用来忽悠客户的矢量控制一样！
路漫漫其修远兮！
对：litrainlit 关于
H串联方式最大的一个问题是能量不能回馈，也就是所谓的不能四象限运行，别跟我说什么通过电阻制动，或者把整个整流由二极管也改成H桥方式，如果真的这么简单的话，SIEMENS/ABB/TMEIC花那么大力气去做三电平就纯粹是傻子……
真正的高性能的中高压变频器，为什么现在SIEMENS（GM150/GL150/SM150）/ABB(ACS6000)/TMEIC(TM70)的卖那么贵，因为它们不是简单的说应用在风机水泵这一类的负载上的，更多的是冶金、提升等更复杂的工况下。像冶金中厚板的主传动，电机要求过载2.5倍，速度响应要求在100MS以内，而且是突变负载，也就是说，负载可能在一瞬间从零增加到100％，也可能瞬间从100％回到零，动态响应要求0.25％S（这个概念可能很多人都没有听说过，简单来说，就是负载突变时，速降要下，恢复时间要尽量快），而且要求频繁正反转。
事实上，直到2000年左右，除了宝钢等少数一线大钢厂，绝大多数的国内二三线冶金企业，在轧机主传动上应用的都还是直流系统，就到目前为止，我还没有听说过国内有哪个冶金企业在超过3000KW的轧机主传动上应用过H桥方式的变频器……
内容的回复：那个告诉你不能四象限运行的，我们公司现在已经成功运用了！
在我看来，加灵拓扑最大的隐患还不在逆变器，而在整流器。不使用变压器时，他们只能用六脉冲整流，输入电流必然含有相当高的5次和7次谐波。要满足谐波标准，他们必须使用输入滤波器。输入滤波器的谐振频率应该在4pu到5pu之间。考虑到6脉冲整流中5次谐波电流的含量高（可高达20%），这个滤波器小不了！
6脉冲整流的另外一个副作用是 DC 纹波大，所以 DC LINK中要个镇流电感。这样佳灵的变频器一共就有4个电感：输入三相滤波电抗，DC扼流电感，输出三相滤波电抗以及共模电感。不知道加起来比变压器便宜多少？
但是，我还是很佩服吴加林先生的，他有一股“下自己的蛋，让别人说去吧”的坚韧，能坚持到今天不容易。不过愚见以为他们确实应该认真考虑寻找更好的整流器结构。
深度兄，佳林的IGBT串联产品基本上已经从市场上绝迹了，因为故障率过高，而这又是个大产品，谁都忍受不了隔三差五的损坏。
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