对国内流行的多单元串联式高压变频器的反思 点击：22705 | 回复：202
发表于：2007-07-23 12:07:00
楼主
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-请勿转载－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
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。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-请勿转载－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
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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发表于：2007-08-05 03:53:00
23楼
佳灵的产品确实比较有特色。2电平的逆变器，逆潮流而动，做得还算成功。但我仍然有些疑问。据来自佳灵的资料说，他们的开关频率为3kHz，这在高压大功率中是比较高的。这么高的开关频率，对提高输出电流（功率）是不利得，而且对散热的要求很高。我怀疑负载电流到达一定程度时，他们只能降低载波频率，加大输出滤波器，但这面临成本和损耗的制约，特别是电抗器的发热。输出侧还必须考虑共模抑制的问题，这样需要另外一个共模电抗器。
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。
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。
发表于：2007-08-05 19:53:00
24楼
楼上各位前辈：
你们好！我是个业余爱好者，有时胡思乱想，请指教。
我不明白，对高压大功率电机为啥非要使用三相电机，如果选择4到6个三相绕组（这里面有个技术），电机线头不是很多，4到6个串联逆变器器就是输出步进脉冲电压，这样的电机也可以转得非常好，没有必要用移相输入变压器，也不会像佳灵技术那样，用一个逆变器承受全部直流端电压，正弦旋转磁场也不必要，简直就是一个傻瓜高压变频器，不需要大的研发和编程。
我们做产品能在某个小领域做好就非常不错了，没有必要最求一个完美通用的产品，我认为那些变频器、电机一体化和变频器、电机相距较近的场合完全可以用我说的办法，我们可以放弃普通的节能市场，我们可以在新装备的设备上、大修改造上发挥我们的压倒性的优势。
我们为啥不走捷径？为啥要被正弦旋转磁场、管子耐压、输入谐波难住？况且，我说的方法有绝对的优势，没有输入变压器，系统效率高、4到6个串联逆变器共同分担直流端电压（由每个逆变器的滤波电容解决逆变器之间的动态均压），系统可靠性高、价格便宜（可以是非常便宜），不用输入变压器，也有解决输入谐波的方法。
非常盼完望楼主程工指教。
你们好！我是个业余爱好者，有时胡思乱想，请指教。
我不明白，对高压大功率电机为啥非要使用三相电机，如果选择4到6个三相绕组（这里面有个技术），电机线头不是很多，4到6个串联逆变器器就是输出步进脉冲电压，这样的电机也可以转得非常好，没有必要用移相输入变压器，也不会像佳灵技术那样，用一个逆变器承受全部直流端电压，正弦旋转磁场也不必要，简直就是一个傻瓜高压变频器，不需要大的研发和编程。
我们做产品能在某个小领域做好就非常不错了，没有必要最求一个完美通用的产品，我认为那些变频器、电机一体化和变频器、电机相距较近的场合完全可以用我说的办法，我们可以放弃普通的节能市场，我们可以在新装备的设备上、大修改造上发挥我们的压倒性的优势。
我们为啥不走捷径？为啥要被正弦旋转磁场、管子耐压、输入谐波难住？况且，我说的方法有绝对的优势，没有输入变压器，系统效率高、4到6个串联逆变器共同分担直流端电压（由每个逆变器的滤波电容解决逆变器之间的动态均压），系统可靠性高、价格便宜（可以是非常便宜），不用输入变压器，也有解决输入谐波的方法。
非常盼完望楼主程工指教。
发表于：2007-08-07 01:07:00
26楼
邓志平 , 深度迷糊 可以肯定都是高压变频器的高手,向你们学习.我虽未实际接触过 串联式多电平 外的其它高压变频技术但我支持 laii 的观点.我感觉你们过于指责现在的 串联式多电平 技术了.
1.可以肯定这一技术不是发展的主流方向,但在目前的形势下它具有很现实的意义,因为它解决了相当的工程问题.
2.指责没有错,可你们现在有成熟的 非串联式多电平 产品吗? 有 ,能满足中国市场吗?
3.在技术上没有外国公司强,这是现实,可你看到了公司的经济实力了吗?我们能比过人家吗?光靠豪言壮语造不出原子弹,经济实力是核心.
4.作为公司一只眼盯市场,另一只眼盯技术,有市场的存在就应该提供这种技术而不管是否先进!另一面来说没有新技术难道就让外国公司一统天下,我们不是可以用"旧"技术占领相当一部分市场吗?
5.现在高压变频器相当一部分是用于电动机的节能的.变压器的成本虽高,可有一点,它是可以回收的!但那些浪费的能源呢,只能是浪费.如果要等全国人民搞出 非串联式多电平 的变频器来才用于工程中,我想黄花菜早就凉了!
6.国内也有搞 非串联式多电平 的,但技术很难,要一大笔资金的支持,也许你们想不到这些资金可能来至于 串联式多电平 产品.
当然了,技术在进步,我很佩服你们的精神和行动,中国高压变频器需要你们这种人才.如果中国工控界所有人都有你们这么上进就好了!
我相信用不了多长时间,国产的,可靠的,廉价的,甚至是完全自主知识产权的 非串联式多电平 高压变频器会面市的1
1.可以肯定这一技术不是发展的主流方向,但在目前的形势下它具有很现实的意义,因为它解决了相当的工程问题.
2.指责没有错,可你们现在有成熟的 非串联式多电平 产品吗? 有 ,能满足中国市场吗?
3.在技术上没有外国公司强,这是现实,可你看到了公司的经济实力了吗?我们能比过人家吗?光靠豪言壮语造不出原子弹,经济实力是核心.
4.作为公司一只眼盯市场,另一只眼盯技术,有市场的存在就应该提供这种技术而不管是否先进!另一面来说没有新技术难道就让外国公司一统天下,我们不是可以用"旧"技术占领相当一部分市场吗?
5.现在高压变频器相当一部分是用于电动机的节能的.变压器的成本虽高,可有一点,它是可以回收的!但那些浪费的能源呢,只能是浪费.如果要等全国人民搞出 非串联式多电平 的变频器来才用于工程中,我想黄花菜早就凉了!
6.国内也有搞 非串联式多电平 的,但技术很难,要一大笔资金的支持,也许你们想不到这些资金可能来至于 串联式多电平 产品.
当然了,技术在进步,我很佩服你们的精神和行动,中国高压变频器需要你们这种人才.如果中国工控界所有人都有你们这么上进就好了!
我相信用不了多长时间,国产的,可靠的,廉价的,甚至是完全自主知识产权的 非串联式多电平 高压变频器会面市的1
发表于：2007-08-09 08:56:00
31楼
TO:深度迷糊
你说的谐波是基于三相绕组和三相电压的，对我的想法，不是这样理解的。
你可以把我的想法理解为转子固定、定子旋转的直流电动机，直流电动机没有谐波问题。
三相绕组通入直流电，无论怎样改变绕组电流方向，只有6个磁场方向。100相绕组通入直流电，有200个磁场方向，用机械换向器就是直流电动机，当然也可以用电子换向器，只是我们不能接受电子换向器与电机有至少100个线头。无论机械换向器还是电子换向器，可以说都是给绕组加上步进电压，这时对电机来说是没有谐波问题的。
通入直流电，三相绕组太少，100相绕组太多，在这之间，选择12--18相绕组较好，线头不太多，12--18相绕组分成4-6个三相绕组分别接入4--6个串联的三相逆变器，每个三相逆变器分担直流端电压的1/4-6，这给高压变频器的设计制造带来很大的方便。这里，每个三相逆变器不排斥使用SPWM。
你说的谐波是基于三相绕组和三相电压的，对我的想法，不是这样理解的。
你可以把我的想法理解为转子固定、定子旋转的直流电动机，直流电动机没有谐波问题。
三相绕组通入直流电，无论怎样改变绕组电流方向，只有6个磁场方向。100相绕组通入直流电，有200个磁场方向，用机械换向器就是直流电动机，当然也可以用电子换向器，只是我们不能接受电子换向器与电机有至少100个线头。无论机械换向器还是电子换向器，可以说都是给绕组加上步进电压，这时对电机来说是没有谐波问题的。
通入直流电，三相绕组太少，100相绕组太多，在这之间，选择12--18相绕组较好，线头不太多，12--18相绕组分成4-6个三相绕组分别接入4--6个串联的三相逆变器，每个三相逆变器分担直流端电压的1/4-6，这给高压变频器的设计制造带来很大的方便。这里，每个三相逆变器不排斥使用SPWM。
发表于：2007-08-25 11:23:00
33楼
采用直接驱动技术的中压变频器
采用直接驱动技术，
中压变频器不再需要隔离变压器
目前，罗克韦尔自动化PowerFlex 7000系列中压变频器
推出了无需隔离变压器的型号，不仅提高了工作效率，
减少了体积和重量，还降低了设备的总体拥有成本
如果不再需要使用隔离变压器该有多好！罗克韦尔自动化首次在工业领域推出了无需变压器的中压变频器。
Allen-Bradley PowerFlex 7000中压交流变频器采用了由罗克韦尔自动化开发的新型直接驱动技术，从而避免了使用隔离变压器带来的诸多不便。通过这一新技术，不再需要隔离变压器，就能直接将供电线路与中压变频器连接。
对于那些需要使用变压器，但是控制室空间又有限的工业场合，这一新技术更具有战略意义上的优势。比如，在高海拔地区的采矿项目中，采用变压器就可能会出现问题。因此，在这种情况下，需要采用无变压器的中压变频器。同样，直接驱动技术还可用于石油、天然气、制糖、水/污水处理、电站、水泥加工等行业。
采用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器具备消除共模电压（CMV）、降低谐波、减少变频器系统体积和复杂程度的优势。不仅如此，还能为用户节省投资，降低运输和安装费用，提高操作效率，从而实现较低的设备总体拥有成本。
创新设计
PowerFlex 7000直接驱动技术包括三项创新设计：新型共模电压抑制保护、AFE主动式前端滤波器和SGCT对称门极换流晶闸管。
在直接驱动技术开发出来之前，大多数中压变频器生产厂商都采用多绕组隔离绝缘变压器保护电机免受共模电压的影响。变压器用于隔离供电系统接地回路和变频器系统的接地回路，从而允许电机中性点接地。
虽然采用这种方法可以保护电机免受共模电压的影响。但是，原来影响电机的共模电压将影响到现在的变压器和导线绝缘层。因此，为了抑制共模电压，必须增加变压器绕组和导线的绝缘层，从而增加了工作量和相关费用。
罗克韦尔自动化加拿大中压系统总部产品经理John Kwarta先生介绍道，作为代替隔离变压器的方法，PowerFlex 7000直接驱动技术利用零序电抗，达到了消除共模电压对电机中性点影响的目的。现在，无需使用隔离变压器，就可以在中压变频器中采用标准的电机和电缆。
减少谐波
制造厂商尝试着不同的方法去消除谐波，这也是变频器设计过程中最为复杂的环节。隔离变压器通常采用二次侧绕组相移的方法去减少谐波。 Kwarta先生补充道，“二次侧绕组越多，所使用的整流脉冲数也就越多，获得的谐波抑制效果也就越好。但是，如果二次侧绕组数目超过15，相关功率器件的数目和复杂程度就会成为系统的主要缺点。另外，这种方法需要非常完美地平衡三相供电，从而达到最佳谐波抑制效果。
为了代替隔离变压器，PowerFlex 7000直接驱动技术中的AFE滤波器采用半导体换流方法，减少线电流谐波，使其符合全球大多数应用项目所能接受的谐波标准。AFE滤波器与广为人知的PWM脉宽调制滤波器一样，可以在不使用相移隔离变压器时，采用SGCT控制PWM换流模式，从而避免变频器产生高次谐波电流。
节省体积、减轻重量
工业领域的用户一直在寻找节省控制柜体积的方法。通常情况下，隔离变压器将会占到整个变频器系统体积的30%～50%，总重量的50~70%
与采用隔离变压器的传统系统相比，使用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器能够显著节省体积，减轻重量。一套采用隔离变压器，950kW（1250马力）的变频器系统体积约为13立方米，重量高达4300千克。然而，相同电压等级，相同功率等级的无变压器PowerFlex 7000中压变频器体积缩小了60%，仅为5.4立方米，重量减轻了65%，仅为1350千克。体积更小，重量更轻的变频器系统意味着无需将变频器和变压器分开运输，不仅节省了运输成本，而且不再需要变频器与变压器之间的连接线。无需变压器的中压变频器可用于改造项目，并能够保留已有的电机、供电系统和控制室，非常合适在空间有限，或者寸土寸金的地方采用。“在石油、天然气钻井平台，以及像香港、新加坡这样拥挤的城市中，控制室空间显得格外昂贵”，罗克韦尔自动化亚太地区中压业务经理沈杰先生介绍道，“用户总是向我们打听有没有体积小一点的解决方案。现在，有了无需变压器的中压变频器型号供他们选择，不仅提高了系统效率，而且还增强了可靠性。”
更高的可靠性
在电机和变频器系统中，可靠性是重要的性能指标之一。从1999年问世至今，凭借其卓越的无故障运行能力和较少的元器件数目，PowerFlex 7000中压变频器的可靠性已经赢得了业界的高度赞誉。它采用直流链路感应器和反应装置去限制故障电流，保护变频器系统及其所连接的设备免遭损坏。这一方法还避免了在变频器中采用熔丝保险。
通过采用高电压等级的功率器件，PowerFlex 7000中压变频器最大程度减少了元器件数目。在典型的4160V，750kW（1000马力）电机应用项目中，中压变频器主电路中的平均元器件数目为385个。然而，采用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器，在相同电压和功率等级情况下，主电路元器件数目却不到30个。
降低变频器总体拥有成本
通过采用直接驱动技术，不仅能够帮助用户节省中压变频器的设备投资，还能减少运行和维护费用。如果采用该变频器，不仅无需购买隔离变压器，而且相关的继电保护设备、DV/DT滤波器、正弦滤波器、终结器以及各种特殊电缆都不用购买，从而简化了系统设计，节省了初期设备投资。
如果需要安装隔离变压器，那么相应的电缆、空调、人工、室外安装所需的混泥土基座等，都会增加安装费用，从而提高了系统的总体拥有成本。如果采用无需变压器的中压变频器，隔离变压器所需的包装、运输和装卸费用都将不复存在。
“运输大型变压器会增加额外的费用，而且在这方面的投资根本看不到有什么回报”，罗克韦尔自动化拉美地区业务经理Manuel Perez先生介绍道，“由于变频器体积庞大，需要专门定做木箱对其进行包装，并安放在船甲板上。通常，这会给用户带来数千美元的开销。”
比如，将一台隔离变压器从美国运往阿根廷，由于没有合适的船只，只能先将变压器运到纽约港再发货，不仅总运输时间长达25天，而且还增加了18700美元的费用。
通常情况下，运送一台变压器会增加4000美元的费用，运输时间长达四周。如果变压器出现了故障，更换变压器也需要等待这样漫长的运输时间，这将造成工厂长时间停产，对经营效益造成严重的影响。
如果采用了直接驱动技术，就不会存在隔离变压器、DV/DT滤波器、正弦滤波器等设备的损坏情况，从而能够显著提高系统运行效率。同时，无需采用额外的空调通风系统对变压器冷却，这将有利于降低系统运行费用。PowerFlex 7000中压变频器还提供与生俱来的再生制动能力，可以提供100%额定功率的全连续电流再生制动，而不是将能量消耗在制动电阻上。由于PowerFlex 7000所采用的功率器件数目比其它任何厂商生产的中压变频器都要少。因此，用于维护和替换的备件数目也非常少。
采用直接驱动技术，
中压变频器不再需要隔离变压器
目前，罗克韦尔自动化PowerFlex 7000系列中压变频器
推出了无需隔离变压器的型号，不仅提高了工作效率，
减少了体积和重量，还降低了设备的总体拥有成本
如果不再需要使用隔离变压器该有多好！罗克韦尔自动化首次在工业领域推出了无需变压器的中压变频器。
Allen-Bradley PowerFlex 7000中压交流变频器采用了由罗克韦尔自动化开发的新型直接驱动技术，从而避免了使用隔离变压器带来的诸多不便。通过这一新技术，不再需要隔离变压器，就能直接将供电线路与中压变频器连接。
对于那些需要使用变压器，但是控制室空间又有限的工业场合，这一新技术更具有战略意义上的优势。比如，在高海拔地区的采矿项目中，采用变压器就可能会出现问题。因此，在这种情况下，需要采用无变压器的中压变频器。同样，直接驱动技术还可用于石油、天然气、制糖、水/污水处理、电站、水泥加工等行业。
采用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器具备消除共模电压（CMV）、降低谐波、减少变频器系统体积和复杂程度的优势。不仅如此，还能为用户节省投资，降低运输和安装费用，提高操作效率，从而实现较低的设备总体拥有成本。
创新设计
PowerFlex 7000直接驱动技术包括三项创新设计：新型共模电压抑制保护、AFE主动式前端滤波器和SGCT对称门极换流晶闸管。
在直接驱动技术开发出来之前，大多数中压变频器生产厂商都采用多绕组隔离绝缘变压器保护电机免受共模电压的影响。变压器用于隔离供电系统接地回路和变频器系统的接地回路，从而允许电机中性点接地。
虽然采用这种方法可以保护电机免受共模电压的影响。但是，原来影响电机的共模电压将影响到现在的变压器和导线绝缘层。因此，为了抑制共模电压，必须增加变压器绕组和导线的绝缘层，从而增加了工作量和相关费用。
罗克韦尔自动化加拿大中压系统总部产品经理John Kwarta先生介绍道，作为代替隔离变压器的方法，PowerFlex 7000直接驱动技术利用零序电抗，达到了消除共模电压对电机中性点影响的目的。现在，无需使用隔离变压器，就可以在中压变频器中采用标准的电机和电缆。
减少谐波
制造厂商尝试着不同的方法去消除谐波，这也是变频器设计过程中最为复杂的环节。隔离变压器通常采用二次侧绕组相移的方法去减少谐波。 Kwarta先生补充道，“二次侧绕组越多，所使用的整流脉冲数也就越多，获得的谐波抑制效果也就越好。但是，如果二次侧绕组数目超过15，相关功率器件的数目和复杂程度就会成为系统的主要缺点。另外，这种方法需要非常完美地平衡三相供电，从而达到最佳谐波抑制效果。
为了代替隔离变压器，PowerFlex 7000直接驱动技术中的AFE滤波器采用半导体换流方法，减少线电流谐波，使其符合全球大多数应用项目所能接受的谐波标准。AFE滤波器与广为人知的PWM脉宽调制滤波器一样，可以在不使用相移隔离变压器时，采用SGCT控制PWM换流模式，从而避免变频器产生高次谐波电流。
节省体积、减轻重量
工业领域的用户一直在寻找节省控制柜体积的方法。通常情况下，隔离变压器将会占到整个变频器系统体积的30%～50%，总重量的50~70%
与采用隔离变压器的传统系统相比，使用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器能够显著节省体积，减轻重量。一套采用隔离变压器，950kW（1250马力）的变频器系统体积约为13立方米，重量高达4300千克。然而，相同电压等级，相同功率等级的无变压器PowerFlex 7000中压变频器体积缩小了60%，仅为5.4立方米，重量减轻了65%，仅为1350千克。体积更小，重量更轻的变频器系统意味着无需将变频器和变压器分开运输，不仅节省了运输成本，而且不再需要变频器与变压器之间的连接线。无需变压器的中压变频器可用于改造项目，并能够保留已有的电机、供电系统和控制室，非常合适在空间有限，或者寸土寸金的地方采用。“在石油、天然气钻井平台，以及像香港、新加坡这样拥挤的城市中，控制室空间显得格外昂贵”，罗克韦尔自动化亚太地区中压业务经理沈杰先生介绍道，“用户总是向我们打听有没有体积小一点的解决方案。现在，有了无需变压器的中压变频器型号供他们选择，不仅提高了系统效率，而且还增强了可靠性。”
更高的可靠性
在电机和变频器系统中，可靠性是重要的性能指标之一。从1999年问世至今，凭借其卓越的无故障运行能力和较少的元器件数目，PowerFlex 7000中压变频器的可靠性已经赢得了业界的高度赞誉。它采用直流链路感应器和反应装置去限制故障电流，保护变频器系统及其所连接的设备免遭损坏。这一方法还避免了在变频器中采用熔丝保险。
通过采用高电压等级的功率器件，PowerFlex 7000中压变频器最大程度减少了元器件数目。在典型的4160V，750kW（1000马力）电机应用项目中，中压变频器主电路中的平均元器件数目为385个。然而，采用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器，在相同电压和功率等级情况下，主电路元器件数目却不到30个。
降低变频器总体拥有成本
通过采用直接驱动技术，不仅能够帮助用户节省中压变频器的设备投资，还能减少运行和维护费用。如果采用该变频器，不仅无需购买隔离变压器，而且相关的继电保护设备、DV/DT滤波器、正弦滤波器、终结器以及各种特殊电缆都不用购买，从而简化了系统设计，节省了初期设备投资。
如果需要安装隔离变压器，那么相应的电缆、空调、人工、室外安装所需的混泥土基座等，都会增加安装费用，从而提高了系统的总体拥有成本。如果采用无需变压器的中压变频器，隔离变压器所需的包装、运输和装卸费用都将不复存在。
“运输大型变压器会增加额外的费用，而且在这方面的投资根本看不到有什么回报”，罗克韦尔自动化拉美地区业务经理Manuel Perez先生介绍道，“由于变频器体积庞大，需要专门定做木箱对其进行包装，并安放在船甲板上。通常，这会给用户带来数千美元的开销。”
比如，将一台隔离变压器从美国运往阿根廷，由于没有合适的船只，只能先将变压器运到纽约港再发货，不仅总运输时间长达25天，而且还增加了18700美元的费用。
通常情况下，运送一台变压器会增加4000美元的费用，运输时间长达四周。如果变压器出现了故障，更换变压器也需要等待这样漫长的运输时间，这将造成工厂长时间停产，对经营效益造成严重的影响。
如果采用了直接驱动技术，就不会存在隔离变压器、DV/DT滤波器、正弦滤波器等设备的损坏情况，从而能够显著提高系统运行效率。同时，无需采用额外的空调通风系统对变压器冷却，这将有利于降低系统运行费用。PowerFlex 7000中压变频器还提供与生俱来的再生制动能力，可以提供100%额定功率的全连续电流再生制动，而不是将能量消耗在制动电阻上。由于PowerFlex 7000所采用的功率器件数目比其它任何厂商生产的中压变频器都要少。因此，用于维护和替换的备件数目也非常少。
发表于：2007-08-25 23:12:00
37楼
唉，总是一具体谈到某个牌子的时候，便开始攻击。我们能不这样行不？
抑制共模电压确实是不用变压器的变频器需要解决的问题之一。但我有点怀疑共模电压烧毁6台电机的事，除非能有更进一步的资料。6台不是一个小数目，根据常识判断，不太可能由于共模电压而同时烧毁，共模电压对电机的损害是一个渐进的过程。如果是一台一台烧的，很难有机会烧到第6台，用户没有这么傻，不停地换新电机给烧。就我所知，AB的变频器是监测电机中性点电压的，如果超过一个整定值（200V ? 具体我不清楚，邓公可能更了解），变频器会自动关闭。
我想起前不久有人说某某厂的变频器炸了，后来说是因为输入输出接反了。吵来吵去的，具体原因淹没在唾沫中，谁也不知道。
回到共模电压。其实对学电的人来说，只要搞清楚共模电压产生的原因，它就没有那么可怕，因为如果存在一个共模回路，总是可以用电抗器来承受这个电压的。聪明的做法是转移公模电压，避免它降落在电机侧。比如使用隔离变压器时：电机端接地，共模会转移到变压器端；变压器接地，共模转移到电机端；两边都接地，接地电流会触发继电保护动作。如果使用共模电抗：电抗承受这个共模，共模电压降落在变频器内部。
我不相信共模烧6台电机，还有一个原因是我手头有一份ABB内部用的幻灯片，说是 ROCKWELL变频器 2004年全球销售台数排名第一，而且多数销售集中北美地区，原因是不需要变压器（transformerless)。如果这份资料属实，而“对你说”网友所言也属实，则从2004年到现在，3年烧电机的记录足以让这个公司破产。
作为一个受过工程技术教育的人，我更愿意接受故障分析而不是谣言。如果“对你说”网友能提供进一步的信息，则我以及更我一样好奇的网友会不胜感激。否则依靠大嗓门、红字体起哄，有些刻意攻击的嫌疑。而这，与我开贴的初衷不符，我不想让讨论被口水淹没。
抑制共模电压确实是不用变压器的变频器需要解决的问题之一。但我有点怀疑共模电压烧毁6台电机的事，除非能有更进一步的资料。6台不是一个小数目，根据常识判断，不太可能由于共模电压而同时烧毁，共模电压对电机的损害是一个渐进的过程。如果是一台一台烧的，很难有机会烧到第6台，用户没有这么傻，不停地换新电机给烧。就我所知，AB的变频器是监测电机中性点电压的，如果超过一个整定值（200V ? 具体我不清楚，邓公可能更了解），变频器会自动关闭。
我想起前不久有人说某某厂的变频器炸了，后来说是因为输入输出接反了。吵来吵去的，具体原因淹没在唾沫中，谁也不知道。
回到共模电压。其实对学电的人来说，只要搞清楚共模电压产生的原因，它就没有那么可怕，因为如果存在一个共模回路，总是可以用电抗器来承受这个电压的。聪明的做法是转移公模电压，避免它降落在电机侧。比如使用隔离变压器时：电机端接地，共模会转移到变压器端；变压器接地，共模转移到电机端；两边都接地，接地电流会触发继电保护动作。如果使用共模电抗：电抗承受这个共模，共模电压降落在变频器内部。
我不相信共模烧6台电机，还有一个原因是我手头有一份ABB内部用的幻灯片，说是 ROCKWELL变频器 2004年全球销售台数排名第一，而且多数销售集中北美地区，原因是不需要变压器（transformerless)。如果这份资料属实，而“对你说”网友所言也属实，则从2004年到现在，3年烧电机的记录足以让这个公司破产。
作为一个受过工程技术教育的人，我更愿意接受故障分析而不是谣言。如果“对你说”网友能提供进一步的信息，则我以及更我一样好奇的网友会不胜感激。否则依靠大嗓门、红字体起哄，有些刻意攻击的嫌疑。而这，与我开贴的初衷不符，我不想让讨论被口水淹没。
发表于：2007-09-19 23:10:00
40楼
[color=#FF0000]对于托克托电厂六台电机全部烧掉请联系上海电机厂，因为电机是上电产品。电压是6kv的。烧掉以后AB要求上电电机绝缘按照13.8kV来设计,现在好了，只是可惜了用户额外花了不少钱来更换电机。
按照楼上的意思，6台电机都烧掉难道是6台电机质量都不好！
用户已经告诉你，电机厂名称也告诉你，你不信就不要你信了。
对于北美AB双PWM使用良好，我想因为都是新项目采用ROCKWELL本身的新电机，而新电机已经考虑了额外的绝缘加强，当然不会出问题呐！[/color]
在国内AB从没有提供电机需要额外加强绝缘的文件给用户。
按照楼上的意思，6台电机都烧掉难道是6台电机质量都不好！
用户已经告诉你，电机厂名称也告诉你，你不信就不要你信了。
对于北美AB双PWM使用良好，我想因为都是新项目采用ROCKWELL本身的新电机，而新电机已经考虑了额外的绝缘加强，当然不会出问题呐！[/color]
在国内AB从没有提供电机需要额外加强绝缘的文件给用户。
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