“之间的专用之处在哪里？专用优势？”

 

1、如果我知道是专用的，我就在制造变频器时，把许多不需要的功能去掉，增加专用输出、输入接口；

2、说明书中有专用接线规则，有专用调试参数说明，不仅能降低成本增加收益，而且提高了使用实用性能，方便使用！

希望大家畅所欲言。。。。。。     

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下四代。

1. U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式 其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式 在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性 能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下 降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

2 电压空间矢量（SVPWM）控制方式 它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经 实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精 度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

3 矢量控制（VC）方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流 Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩 成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效 为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。 矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用 矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

4.直接转矩控制（DTC）方式 1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控 制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

5 矩阵式交—交控制方式 VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交－直－交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容， 再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交－交变频应运而生。由于矩阵式交－交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵 的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是 间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

就听商家吹吧！了解变频器结构、功能，就不信那些鬼话了。

引用 李纯绪 的回复内容：就听商家吹吧！了解变频器结构、功能，就不信那些鬼话了。

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李师傅说的话，对头！

普通V/F控制变频器、带PG矢量变频器、HVAG恒压供水专用变频器——之间的专用之处在哪里？专用优势？参数设置、外部控制接线之间的区别是什么？

 

我们选择变频器一般是根据自动化传动的工艺要求来选择。除了技术上考虑还有成本方面考虑，一个好的方案应该是刚好能够满足工艺要求，成本上又是经济的。

举例来说，我们考虑恒压供水，我们应该考虑那些因素。首先单独水泵调节转速就可以调节流量和压力，所以可以选择变频器。其次变频器只需要V/f控制就可以，不需要矢量控制型。当然压力变送器必不可少，要不你不能知道实际压力变化，也就不能保证恒压。过程的PID调节是最为基本的不能再简单了，否则不能保证压力稳定。不仅仅这些还有就是你保证水压恒定的控制策略是怎样的，是采取单独泵变频调节还是有辅助泵（它不需要调节流量），是否采取多泵运行、循环切换呢。当然如果变频器能够直接显示工程单位就更好。

这取决于硬件设计和软件设计，通用型工程变频器由于考虑的各种应用的可能，功能十分强大，如西门子的6se70系列变频器，完成上述功能基本没有问题（除了不能以MPa显示水压）。但是太昂贵。于是就出现针对某一类应用使用的变频器。例如恒压供水应用的，或内置収卷张力调节函数的变频器。其余无关功能大大精简。从而降低成本。这一类变频器成为专用变频器。但是一般单独调节的电机使用也没有什么问题。只是由于市场上有一些价格更低的所谓通用变频器，一般工程师也不会选择专用变频器来完成这些简单的任务。

以上面恒压供水的应用为例，丹佛斯VLT7000 Booster就是针对这类应用的专用变频器。因为：

1、可以以工程单位MPa显示水压；

2、可以对水压进行闭环调节；

3、内置PID调节器；

4、对于恒压供水亦14种控制策略供选择。

前边三点不再详述，对于最后一点控制策略特说明如下，以增强我的看法的客观性。

参数700多泵控制模式，可以有点4种模式供选择，这些选择时内含有泵的切换方式。

Mode 1-8为固定变频泵控制模式：Mode 9-14为循环变频泵控制模式，由参数701泵组合设定。

Mode 1-4:1个泵固定变频调节，其余多至6个泵按照选择模式进行切换；

Mode 5-8:1个泵固定变频调节，其余多至5个泵另加一台小的辅助泵按照选择模式进行切换；

Mode 9-10:4台泵按照选择模式进行工变频切换；

Mode 11-12:3台泵按照选择模式进行工变频切换，另加一台辅助泵；

Mode 13-14:4台泵按照选择模式进行工变频切换，另加一台辅助泵。

1、概述矢量控制与V/F控制的概念及相关特点。

矢量控制

概念：
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。 原理图如下：

具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。

矢量控制（VC）方式
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，
等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
综合以上：矢量控制无非就四个知识：等效电路、磁链方程、转矩方程、坐标变换（包括静止和旋转）

特点：

对转矩进行精确控制；系统响应快；调速范围广；加减速性能好。适用于对转矩控制要求高的场合

V/F控制

概念

V/f控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生，多用于风机、泵类节能型变频器用压控振荡器实现 ;

原理图如下

　　V-F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器，是一个压敏电容，当受到一个变化的电压时候它的容量会变化，变化的电容引起震荡频率的变化，产生变频。把这个受控的频率用于控制输出电压的频率，使得受控的电机的转速变化。 　　异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。

特点：

VF控制电路结构简单、成本较低、机械特性硬度较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用

常规V/F控制变频器在低频率时无法满足电机额定转矩的输出。V/F控制是使变频器按照事先安排好的补偿程度工作，不能随负载的变化而改变；改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生

2、矢量控制与V/F控制的优点与缺点对比。

常规V/F控制，电机的电压降会随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足而使电机不能获得足够的转矩（特别是在低频率时）。也就是说常规V/F控制变频器在低频率时无法满足电机额定转矩的输出。另外，在V/F控制中，用户根据负载情况预先设定一种u/f曲线，变频器在工作时就根据输出频率的变化，按照曲线特性调整其输出电压，也就是说V/F控制是使变频器按照事先安排好的补偿程度工作，不能随负载的变化而改变。但是在以节能为目的和对速度控制精度要求不高的场合V/F控制变频器以其优越的性价比而得到广泛的应用。
矢量控制变频器的基本原理是，通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。由于矢量控制可以使得变频器根据频率和负载情况实时的改变输出频率和电压，因此其动态性能相对完善。可以对转矩进行精确控制；系统响应快；调速范围广；加减速性能好等特点。在对转矩控制要求高的场合，以其优越的控制性能受到用户的赞赏


3、举例说明矢量控制与V/F控制的典型应用，能阐明他们有实际应用就行，如果详细点更好。

矢量控制

以异步电动机的矢量控制为例：
它首先通过电机的等效电路来得出一些磁链方程，包括定子磁链，气隙磁链，转子磁链，其中气息磁链是连接定子和转子的．一般的感应电机转子电流不易测量，所以通过气息来中转，把它变成定子电流．
然后，有一些坐标变换，首先通过３/２变换，变成静止的d-q坐标，然后通过前面的磁链方程产生的单位矢量来得到旋转坐标下的类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量，这样就实现了解耦控制，加快了系统的响应速度．
最后再经过２/３变换，产生三相交流电去控制电机，这样就获得了良好的性能．

V/F控制

任何特性的 U ／f 线选用，都必须通过功能参数的设置来实现。下面以富士 G1*1S 系列变频器为例介绍参数设置的方法。
图 5 为恒转矩特性，图 6 为二次方律递减转矩特性，图 7 为二次方律递减转矩和恒转矩特性两者之间的比例转矩特性。从各种转矩 U ／ f 线的示意图可见。图 7 下部 ( 低频区 ) 的曲线陡度介于图 5 和图 6 相应部位之间，即比图 6 低频区更陡，而较图 5 低频区平缓些。图中“ #2 ． O ”标注的 U ／ f 线，是将参数 F09 设置为 2.0 时的曲线，其他前缀为“ # ”号的数字，含义与此相同。
该变频器的 F09 参数名称是“转矩提升 1 ”，将其设置成 0.0 ，为自动转矩提升特性，即自动调整恒转 - 矩负载的转矩提升值，使之在 #2.O 与 5#20.0 的 U ／ f 线之间自动调整变化。
如果负载是离心风机、水泵类二次方律递减转矩设备，则 F09 设定值应在 0.1~0.9 之间。由于设定值可按 0.1 的间隔递增，所以共有 9 条 U ／ fl 线可供选择。具体设置时应首先取较小值，若启动转矩不足，再逐渐增大，以免发生低频过激磁，甚至启动过程跳闸。
如果负载具有恒转矩特性。又不准备使用自动转矩提升功能，可将参数 1709 设置为 2.0 ～ 20.0 范围的某值，参见图 5 。这里共有 180 条 U ／ f 线供选择。设置原则依然是数值由小渐大，保证满足启动转矩即可。
如果是介于二次方律递减转矩和恒转矩特性之间的其他负载，如图 7 所示，参数 F09 应在 1.0~1.9 之间选择。这组 U ／ f 线共有 10 条。
有的变频器可将 U ／ f 线设置成折线形式．将它们的中间电压和中间频率参数设置好后．这两个参数在 U/f 线上的对应点就是曲线的转折点。限于篇幅．不再赘述，具体应用时可参考相关变频器说明

站一位。           

1、变频器的控制方式主要是：

1）频率闭环控制，例如恒压供水，根据水压控制变频器的频率，实现恒压供水；

2）速度闭环控制，例如位置控制或多台电机的同步控制中，要求速度严格准确的场活；

3）电流闭环控制，例如电机电流保护，或者恒张力、恒转矩控制的场活，例如收房卷控制；

2、变频器的输出电压，要与频率紧密相关，一一对应，才能保证电机磁场大小恒定，角速度恒定，机械性能保持在额定最佳状态；

3、专用主要是输入输出配置专用接口，配置有专用配套检测仪表和设备，参数设置也与现场实际需要相配套，给现场应用带来方便而已；

4、变频器调速系统，电机的机械特性能保持在接近额定状态就很不错了；

5、变频器调速系统，不会有超越电机额定状态的机械特性性能的情况；

6、而要电机的机械特性能保持在接近额定状态的关键，就是电压和频率的数学关系，这个关系建立好了，电机磁场强弱不变保持恒定，就是最终目的；

7、电机与负载之间的拖动力矩，是电机本身的功能，电机自身有拖动负载、与负载反力矩平衡的本领，不需要谁控制；

8、就像电机在工频运行时一样，没有谁去控制电机转矩一样！

感觉那种专用的变频器和通用的变频器在结构上都是一样的，不同用途的变频器只是软件上即控制方式上不一样而已。另外就是有些多功能端子的功能以及一些内部参数固化了而已。其实就是为了使用起来更方便。

      个人理解，所谓的专用变频器，其实就是功能的增减而已－－-引起的制造成本的变化－－-为了吸引顾客的需要－－－－销售策略采取专用的变频器来宣传－－－－大多数单位的采购都不懂技术－－－－谁用谁知道；

     按变频器发展来说，80年代国内出现的是串级调速变频器，也是最初许多教科书讲的，没记错的老师的话最早的是上海交大刘竞成教授出的教科书；当时的变频器大多数是分立元件构成的，功率元件用的是可控硅；后面ABB推出了SAMISTAR系列的双向可控硅(GTO)的变频器，后面开始使用晶闸管做的变频器－－这一阶段开始，变频器慢慢开始百花齐放了，国产的俺记得最早见过是烟台产的；

     按原理来说基本可分为电压型和电流型的变频器，而今市场上见到的基本都是电压型的；造变频器的厂家越来越多，变频器的功能也越来越多，厂家的竞争就越来越激烈，不同的厂家根据不同的用户特点，开始所谓的定制专业变频器，抛开市场的慨念，其实就是功能增减－－－－如增加通讯的、增加输入输出端口的、内置PID的；风机水泵专用的、张力控制专用的、起重机专用的、过塑机专用的节能变频器等等产品市场皆可见到，原理大同小异，功能多少对应不同设备有独特功能可以满足不同环境的使用而已；期间有种东西叫节电器（珠海产的多)，估计大家也都见过，其实原理也和变频器差不多，也是PWM技术的，因其独特叫做节电器，虽然调速范围没有变频器大，但是其身价比变频器高不少，那不是技术问题，而是商务策略及销售策略的功劳；

        因此我对于专用变频器的是这样理解的，其实是根据市场及适应其他工控产品的配套，变频器为适应这个变化进行一些功能增减而产生的各类专用变频器，但其原理实质并没有改变。

众所周知，大功率风机、水泵的变频调速方案，可以收到显著的节能效果，其直接经济效益很大，宏观经济效益及社会效益则更大。可以预计，大功率交流电机变频调速新技术的发展是我国节能事业的主导方向之一。 目前，阻碍变频调速技术在高压大功率交流传动中推广应用的主要问题有两个：一是我国大容量（200kW以上）电动机的供电电压高（6kV、10kV），而组成变频器的功率器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的难题；二是高压大功率变频调速系统技术含量高，难度大，成本也高，而一般的风机、水泵等节能改造都要求低投入、高回报，从而造成经济效益上的难题。这两个世界性的难题阻碍了高压大容量变频调速技术的推广应用，因此如何解决高压供电和用高技术生产出低成本高可靠性的变频调速装置是当前世界各国相关行业竞相关注的热点。 一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用功率器件串联的方法来解决。但是器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极电容不同，而存在静态和动态均压的问题。如果采用与器件并联R和RC的均压措施，会使电路复杂，损耗增加；同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。
　　
　　谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在大功率变频调速中更为突出。谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行；谐波还会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断，系统瘫痪；谐波电流也会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额”使用。
　　
　　还有效率问题，变频调速装量的容量愈大，系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类、数量的多少，以及变压器，滤波器等的使用，都会影响系统的效率。为了提高系统效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频调速装置的损耗。
　　
　　可靠性和冗余设计问题，一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦出现故障，将会造成人民生命财产的巨大损失，因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功能也是至关重要的。
　　
　　目前世界上的高压变频器不象低压变频器那样具有成熟的、一致性的拓扑结构，而是限于采用目前电压耐量的功率器件，如何面对高压使用条件的要求，国内外各变频器生产厂商八仙过海，各有高招，因此其主电路结构不尽一致，但都较为成功地解决了高电压大容量这一难题。当然在性能指标及价格上也各有差异。如美国罗宾康（ROBICON）公司生产的完美无谐波变频器；洛克韦尔（AB）公司生产的Bulletin1557和PowerFlex7000系列变频器，德国西门子公司生产的SIMOVERTMV中压变频器；瑞典ABB公司生产的ACS1000系列变频器；意大利ANSALDO公司生产的SILCOVERTTH变频器以及日本三菱、富士公司生产的完美无谐波变频器和国内北京的凯奇、先行、利德华福公司和成都佳灵公司生产的高压变频器等。
　　
　　本文对中高压变频器几种常用的主电路拓扑结构进行了分析比较，对不同电路结构的中高压变频器的可靠性、冗余设计、谐波含量以及dv/dt等指标进行了深入的讨论，并对中高压变频器的发展方向提出了自己的看法。
　　
2、功率器件串联二电平电流型高压变频器
　　
　　美国洛克韦尔公司的中压变频器Bulletin1557系列，其电路结构为交直交电流源型，采用功率器件GTO串联的两电平逆变器。其控制方式采用无速度传感器直接矢量控制，电机转矩可快速变化而不影响磁通，综合了脉宽调制和电流源结构的优点，其运行效果近似直流传动装置。该公司可提供几种方案以满足谐波抑制的要求，如标准的12脉冲和18脉冲及PWM整流器，标准的谐波滤波器及功率因数补偿器，以使其谐波符合IEEE5191992标准的规定。图1所示为18脉冲整流器的Bulletin1557变频器的主电路拓扑结构图。
　　
　　AB公司于近期推出新一代的中压变频器PowerFlex7000系列，用新型功率器件——对称门极换流晶闸管（SGCT）代替原先的GTO，使驱动和吸收电路简化，系统效率提高，6kV系统每个桥臂采用三只耐压为6500V的SGCT串联。
　　
　　电流源变频器的优点是易于控制电流，便于实现能量回馈和四象限运行；缺点是变频器的性能与电机的参数有关，不易实现多电机联动，通用性差，电流的谐波成分大，污染和损耗较大，且共模电压高，对电机的绝缘有影响。
　　
　　AB公司的变频器采用功率器件串联的二电平逆变方案，结构简单，使用的功率器件少，但器件串联带来均压问题，且二电平输出的dv/dt会对电机的绝缘造成危害，要求提高电机的绝缘等级；且谐波成分大，需要专门设计输出滤波器，才能供电机使用，即使如此其总谐波畸变THD也仅能达到4％左右。
　　
　　输入端采用可控器件实现PWM整流，便于实现能量回馈和四象限运行，但同时使网侧谐波增大，需加进线电抗器滤波才能满足电网的要求，这也增加了体积和成本。
　　
　　因为是直接高压变频，电网电压和电机电压相同，容易实现旁路控制功能，以便在装置出现故障时将电机投入电网运行。
　　
3、单元串联多重化电压源型变频器 
       美国罗宾康公司利用单元串联多重化技术，生产出功率为315kW～10MW的完美无谐波(PERFECTHARMONY)高压变频器，无须输出变压器实现了直接3.3kV或6kV高压输出；首家在高压变频器中采用了先进的IGBT功率开关器件，达到了完美无谐波的输出波形，无须外加滤波器即可满足各国供电部门对谐波的严格要求；输入功率因数可达0.95以上，THD<1％，总体效率（包括输入隔离变压器在内）高达97％。达到这么高指标的原因是采用了三项新的
　　　
　　
　　高压变频技术：一是在输出逆变部分采用了具有独立电源的单相桥式SPWM逆变器的直接串联叠加；二是在输入整流部分采用了多相多重叠加整流技术；三是在结构上采用了功率单元模块化技术。
　　
　　所谓多重化技术就是每相由几个低压PWM功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。多重化技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题，可实现完美无谐波变频。图2为6kV变频器的主电路拓扑图，每组由5个额定电压为690V的功率单元串联，因此相电压为690V×5=3450V，所对应的线电压为6000V。每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电，15个二次绕组分成5组，每组之间存在一个12°的相位差。图3中以中间△接法为参考(0°)，上下方各有两套分别超前（＋12°、＋24°）和滞后（－12°、－24°）的4组绕组。所需相差角度可通过变压器的不同联接组别来实现。
　　
　　图3中的每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成的三相输入，单相输出的低压PWM电压型逆变器。功率单元电路见图4。每个功率单元输出电压为1、0、－1三种状态电平，每相5个单元叠加，就可产生11种不同的电平等级，分别为±5、±4、±3、±2、±1和0。图5为一相合成的正波输出电压波形。用这种多重化技术构成的高压变频器，也称为单元串联多电平PWM电压型变频器，采用功率单元串联，而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器件均压的问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/5的输出相电压和1/15的输出功率。变频器由于采用多重化PWM技术，由5对依次相移12°的三角载波对基波电压进行调制。对A相基波调制所得的5个信号，分别控制A1～A5五个功率单元，经叠加可得图5所示的具有11级阶梯电平的相电压波形，线电压波型具有21阶梯电平，它相当于30脉波变频，理论上19次以下的谐波都可以抵消，总的电压和电流失真率可分别低于1.2％和0.8％，堪称完美无谐波变频器。它的输入功率因数可达0.95以上，不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置。变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，串联各单元之间的载波错开一定的相位，每个功率单元的IGBT开关频率若为600Hz，则当5个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为6kHz。功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以降低噪声、dv/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器对电机无特殊要求，可用于普遍笼型电机，且不必降额使用，对输出电缆长度也无特殊限制。由于功率单元有足够的滤波电容，变频器可承受－30％电源电压下降和5个周期的电源丧失。这种主电路拓扑结构虽然使器件数量增加，但由于IGBT驱动功率很低，且不必采用均压电路、吸收电路和输出滤波器，可使变频器的效率高达96％以上。
　　
　　单元串联多重化变频器的优点是：
　　
　　1）由于采用功率单元串联，可采用技术成熟，价格低廉的低压IGBT组成逆变单元，通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求；
　　
　　2）完美的输入输出波形，使其能适应任何场合及电机使用；
　　
　　3）由于多功率单元具有相同的结构及参数，便于将功率单元做成模块化，实现冗余设计，即使在个别单元故障时也可通过单元旁路功能将该单元短路，系统仍能正常或降额运行。
　　
　　其缺点是：
　　
　　1）使用的功率单元及功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件（90只二极管，60只IGBT），装置的体积太大，重量大，安装位置成问题；
　　
　　2）无法实现能量回馈及四象限运行，且无法实现制动；
　　
　　3）当电网电压和电机电压不同时无法实现旁路切换控制。
　　
　　用功率单元串联构成高压变频器的另一种改进方案是采用高压IGBT器件，以减少串联的功率单元数。例如，用3300V耐压的IGBT器件，用两个功率单元串联的变频器可输出4.16kV中压；若要6kV输出，只要三个单元串联。功率单元和器件数量的减少，使损耗和故障也减少了，有利于提高装置的效率和可靠性，缩小装置体积。但由于电平级数的减少，输出谐波增加，为获得优良的输出波形，必须加输出滤波器。另外由于高压IGBT比普通低压IGBT要贵得多，所以虽然功率器件减少了，但成本不一定下降。
　　
4、中性点钳位三电平PWM变频器
　　
　　在PWM电压源型变频器中，当输出电压较高时，为了避免器件串联引起的静态和动态均压问题，同时降低输出谐波及dv/dt的影响，逆变器部分可以采用中性点钳位的三电平方式（Neutralpointclamped：NPC）。逆变器的功率器件可采用高压IGBT或IGCT。ABB公司生产的ACS1000系列变频器为采用新型功率器件——集成门极换流晶闸管（IGCT）的三电平变频器，输出电压等级有2.2kV、3.3kV和4.16kV。图6所示为ACS100012脉冲整流三电平电压源变频器的主电路拓扑结构图。西门子公司采用高压IGBT器件，生产了与此类似的变频器SIMOVERTMV系列。
　　
　　整流部分采用12脉波二极管整流器，逆变部分采用三电平PWM逆变器。由图6可以看出，该系列变频器采用传统的电压型变频器结构，通过采用高耐压的IGCT功率器件，使得器件总数减少为12个。随着器件数量的减少，成本降低，电路结构简洁，从而使体积缩小，可靠性更高。
　　
　　由于变频器的整流部分是非线性的，产生的高次谐波将对电网造成污染。为此，图6所示的ACS1000系列变频器的12脉波整流接线图中，将两组三相桥式整流电路用整流变压器联系起来，其初级绕组接成三角形，其次级绕组则一组接成三角形，另一组接成星形，整流变压器两个次级绕组的线电压相同，但相位则相差30°角，这样5次、7次谐波在变压器的初级将会有180°的相移，因而能够互相抵消，同样的17、19次谐波也会互相抵消。这样经过2个整流桥的串联叠加后，即可得到12脉波的整流输出波形，比6脉波更平滑，并且每个整流桥的二级管耐压可降低一半。采用12相整流电路减少了特征谐波含量，由于特征谐波次数N=KP±1（P为整流相数、K为自然数）。所以网侧特征谐波只有11、13、23、25次等。如果采用24脉波整流电路，网侧谐波将更进一步被抑制。两种方案均可使输入功率因数在全功率范围内保证在0.95以上，不需要功率因数补偿电容器。
　　
　　变频器的逆变部分采用传统的三电平方式，所以输出波形中会不可避免地产生比较大的谐波分量（THD达12.8％），这是三电平逆变方式所固有的，其线电压波形见图7。因此在变频器的输出侧必须配置输出LC滤波器才能用于普通的鼠笼型电机。经过LC滤波器后，可使其THD<1％。同样由于谐波的原因，电动机的功率因数和效率都会受到一定的影响，只有在额定工况点才能达到最佳的工作状态，随着转速的下降，功率因数和效率都会相应降低。
　　
　　三电平逆变器的结构简单，体积小，成本低，使用功率器件数量最少（12只），避免了器件的串联，提高了装置的可靠性指标。根据目前IGCT及高压IGBT的耐压水平，三电平逆变器的最高输出电压等级为4.16kV，当输出电压要求6kV时，采用12个功率器件已不能满足要求，必须采用器件串联，除了增加成本外，必然会带来均压问题，失去了三电平结构的优势，并且会大大影响系统的可靠性。若将来采用9kV耐压的IGCT，则三电平变频器可直接输出6kV，但是谐波及dv/dt也相应增加，必须加强滤波功能以满足THD指标。或者采用下面要讲到的四电平逆变器。 在9kV耐压的器件出现之前，对于6kV高压电机，可采用Y/△改接的办法，将Y型接法的6kV电机改为△接法，线电压为3.47kV，采用3.3kV或4.16kV输出的变频器即能满足要求，同时也满足了IGCT电压型变频器对电机的绝缘等级提高一级的要求，因此这个方案可能是最经济合理的。但在进行Y/△改接后，电机电压与电网电压不一致，无法实现旁路功能，当变频器出现故障时，又要保证生产的正常进行，必须首先将电机改回Y型接法，再投入6kV电网。为此，电机的Y/△改接应通过Y/△切换柜实现，以便实现旁路功能。而ACS1000系列本身的旁路切换是在电机电压与电网电压一致时完成的。 若采用有源输入前端，则可实现能量回馈及四象限运行，但三电平结构不易实现冗余设计。
　　
5、多电平高压变频器
　　
　　随着现代拓扑技术的发展，多电平高压变频调速技术得到了实际的应用。这种高压变频器的代表是法国阿尔斯通（ALSTOM）公司生产的ALSPAVDM6000系列高压变频器，其逆变器结构如图8所示。
　　
       功率器件不是简单地串联，而是结构上的串联，通过电容钳位，保证了电压的安全分配。其主要特点是：
　　
　　1）通过整体单元装置的串并联拓扑结构以满足不同的电压等级（如3.3kV、4.16kV、6.6kV、10kV）的需要。
　　
　　2）这种结构可使系统普遍采用直流母线方案，以实现在多台高压变频器之间能量互相交换。
　　
　　3）这种结构没有传统结构中的各级功率器件上的众多分压分流装置，消除了系统的可靠性低的因素，从而使系统结构非常简单，可靠，易于维护。
　　
　　4）输出波形非常接近正弦波，可适用于普通感应电机和同步电机调速，而无需降低容量，没有dv/dt对电机绝缘等的影响，电机没有额外的温升，是一种技术先进的高压变频器。输出电压和电机电流波形如图9所示。
　　
　　5）ALSPAVDM6000系列高压变频器可根据电网对谐波的不同要求采用12脉波，18脉波的二极管整流或晶闸管整流；若要将电能反馈回电网，可用晶闸管整流桥；若要求控制电网的谐波、功率因数，及实现四象限运行，可选择有源前端。 
6、多电平＋多重化变频器
　　
　　日本富士公司采用高压IGBT开发的中压变频器FRENIC4600FM4系列，它汇集了多电平和多重化变频器的许多优点，它以多个中压三电平PWM逆变器功率单元多重化串联的方式实现直接高压输出，因此构成了一个双完美无谐波系统：对电网为多重叠加整流，谐波符合IEEE5191992的要求；对电动机为完美无谐波正弦波输出，可以直接驱动任何品牌的交流鼠笼型电动机。
　　
　　该型变频器由于采用了高压整流二极管和高压IGBT，因此系统主电路使用的器件大为减少，可靠性提高，损耗降低，体积缩小。变频器的综合效率可达98％，功率因数高达0.95，不需要加设进相电容器或交直流电抗器，也不需要输出滤波器，使系统结构大为简化。 率单元，在器件数量上并不占优势，要比同样电压和功率等级的三电平三相逆变器足足多用一倍的器件，同样比普通单相逆变功率单元也正好多出一倍的器件。例如：用3300V耐压的IGBT器件，采用单元串联多重化电路6kV系统每相需三个单元串联，总共9个单元，共需54只整流二极管，36只IGBT；而采用三电平功率单元，每相需两个单元串联，总共6个单元，共需72只整流二极管，48只IGBT，足足多用了1/3的器件并且使功率单元的冗余成本增加了一倍，降低了多重化变频器冗余性能好的优点，同时增加了装置的成本。所以该型变频器实际上并不可取。
　　
　　7变压器耦合输出高压变频器
　　
　　中高压变频器的主电路拓扑结构，除了前面提到的二电平、多电平和单元串联多重化方案外，1999年，有人提出了一种新型的变压器耦合式单元串联高压变频器主电路拓扑结构。其主要思想是用变压器将三个由高压IGBT或IGCT构成的常规二电平三相逆变器单元的输出叠加起来，实现更高电压输出，并且这三个常规逆变器可采用普通低压变频器的控制方法，使得变频器的电路结构及控制方法都大大简化。
　　方案由下列部分组成：
　　
　　——一个18脉波的输入变压器，可基本实现输入电流无谐波；
　　
　　——三个常规两电平的三相DC/AC逆变器；
　　
　　——三个变化为1：1的输出变压器；
　　
　　——高压电机。
　　
下面从几个方面分析其工作原理。
　　
1）电压关系
　　
　　考虑电机的线电压，可得：
　　
　　UKL=Ua1b1＋Ub1a2＋Ua2b2
　　
　　ULM=Ub2c2＋Uc2b3＋Ub3c3（1）
　　
　　UMK=Uc3a3＋Ua3c1＋Uc1a1
　　
　　由于输出变压器的变比为1：1，也就是
　　
　　Ub1a2=Ua3b3，Uc2b3=Uc1b1，
　　
　　Uc1a3=Ua2b2，于是可得到，
　　
　　UKL=Ua1b1＋Ua2b2＋Ua3b3
　　
　　ULM=Ub1c1＋Ub2c2＋Ub3c3（2）
　　
　　UMK=Uc1a1＋Uc2a2＋Uc3a3电压间的这种关系体现在图12中。每个逆变器都采用SPWM或空间电压矢量PWM（SVPWM）控制方法，每个逆变器输出线电压的有效值为〔〕aE，其中E为逆变器输入直流电压，a为调制深度，在谐波注入SPWM和SVPWM中a最大可为1.15。由式（2）可得电机线电压的有效值为〔〕aE。
　　
　　对线电压为2300V的高压电机，E=1090V，采用额定电压为1700V的IGBT就可构成本系统；对线电压为4160V的高压电机，E=1970V，可采用额定电压为3300V的IGBT；而当高压电机的线电压为6600V时，E=3130V，则应采用额定电压为4500V的IGCT；因此本方案具有很强的适应性。
　　
2)电流关系
　　
　　设电机三相电流平衡，电流的有效值为I，在不考虑电流谐波的情况下ia1=Isin(ωt)ib2=Isin(ωt－120°)（3）ic3=Isin(ωt＋120°)
　　
　　在图12中，ia1=i4－i6，ib2=i6－i2，i2＋i4＋i6=0，从而有ia1=Isin(ωt＋90°)ib2=Isin(ωt－30°)（4）ic3=Isin(ωt－150°)
　　
　　考虑到输出变压器原边和副边电流相等，可计算得到第一个逆变器的三个输出电流为，ia1=Isin(ωt)ib1=Isin(ωt－120°)（5）ic1=Isin(ωt＋120°)
　　
　　另外两个逆变器的三个输出电流也满足以上关系，即：ia1=ia2=ia3=Isin(ωt)ib1=ib2=ib3=Isin(ωt－120°)(6)ic1=ic2=ic3=Isin(ωt＋120°)
　　
　　也就是说三个逆变器输出电流完全平衡。
　　
3）功率关系在得出电压电流关系式后，我们很容易得到该高压变频器各部分间的功率关系。很显然三个逆变器的视在功率VA1，VA2，VA3为VA1=VA2=VA3=〔〕aEI，而整个高压变频器的视在功率VA为VA=〔〕aEI，也就是说三个逆变器均分了整个变频器的输出。
　　
4）PWM策略
　　
　　由于三个逆变器电压、电流和功率完全对称，因此三个逆变器可采用完全相同的控制规律，这时加在电机的线电压等于一个逆变器输出线电压的三倍，相当于一个两电平的PWM高压变频器，这种方法虽然简单，但由于dv/dt太大，不宜采用。
　　
　　一种比较好的方法是将三个逆变器的PWM信号相互错开1/3个开关周期，对SPWM来说就是三个逆变器各自采用一个三角波，且这三个三角波之间相位互差120°。图13是采用这种方法后得到的电机线电压波形，其中电压频率为40Hz，注入了15％的三次谐波。可以看出这就是一个线电压为7电平的高压变频器，相当于四电平变频器的线电压波形。
　　
5）输出变压器输出变压器在本方案中起着十分重要的作用，也可能是本方案的薄弱环节，因为太大容量的变压器会限制它的应用。一般情况下该变压器可采用图14所示结构。从前面分析知道，输出变压器各绕组间的电压有效值都为〔〕aE，且流过各绕组的电流相等，有效值都为，于是可得到该变压器的容量为〔〕aE，也就是说输出变压器的容量为变频器总容量的1/3，比高－低－高方案中的输出变压器的容量要小的多。
　　
　　这种高压变频器方案具有如下突出的优点：
　　
　　1）以三个常规的变频器为核心可构成高压变频器；
　　
　　2）三个常规变频器平衡对称运行，各自分担总输出功率的1/3；
　　
　　3）整个变频器的输出可等效为7电平PWM输出波形优于普通三电平变频器，与四电平变频器相同。总谐波畸变THD<0.3％，dv/dt也较低；
　　
　　4）输出变压器的容量只需总容量的1/3，可以内置，也可以外装；
　　
　　5）18脉波输入二极管整流器，网侧谐波小，功率因数高。 
8、结语
　　
　　功率器件串联二电平电流型变频器由于其本身的缺点，使用越来越受到限制。
　　
　　单元串联多重化变频器是由于当时功率器件耐压太低的产物，系统复杂，器件数量多，体积庞大，故障率高；但却歪打正着，赢得了无可比美的输入输出波形，堪称“完美无谐波”；改进的方法是用高压IGBT或IGCT组成功率单元，以减少单元数，缩小体积，但却是以牺牲波形为代价的，要加输出滤波器，使谐波达标。
　　
　　采用高压IGBT、IGCT的三电平变频器具有结构简单，可靠性高，器件数量少，效率高的优点，在高压供电面前，能用多电平，谁还会去用多重化呢？但波形稍差，需加LC输出滤波器，即使如此其成本也比多重化变频器低。目前由于器件耐压的限制，输出电压只能达到4.16kV，若要输出6kV，可采用电机Y/△改接的办法，看来这是6kV电机节能改造最经济合理的方案。
　　
　　变压器耦合输出高压变频器，有望用目前耐压水平的器件实现6kV、10kV高压输出，是一种很有前途的新型高压变频方案。
　　
　　随着功率器件的不断发展，在中等功率高压变频器中，GTO即将退出舞台，而高压IGBT、IGCT是很有发展前途的器件，是解决中高压变频的希望；IGCT由于其导通压降低、损耗小而占有一定的优势，将成为高压变频器的主要功率器件。

多谢大家积极参与。。。。。。

本期擂台评奖结果如下：
一等奖（20MP）1名： 
jona        oycf

二等奖（10MP）1名：

原创军团-江湖走走        gdh

 

三等奖（30积分）5名：

刘志斌        binzhiliu

天行健        tianxingjian8

iceboy851013        iceboy851013

chenminglei0509        chenminglei0509

冰的临界点        nhwuxi