（已结帖）变频擂台第117期——高压变频器功率单元的自动旁路功能讨论 点击：5699 | 回复：23
话说这个高压变频器，现在已经犹如雨后春笋般发展，品牌也无花八门的，厂家技术人员经常宣传一个功能，就是功率单元损坏后会自动旁路出故障的单元，不影响变频器的运行，这期我们大家就来讨论下这个功能，请描述一个你熟悉的品牌或者你看到过说明书的，介绍下这个功能是如何实现的。既然是擂台，一直鼓励原创出品，原创有奖，抄袭的，只能呵呵了。
奖项设置：一等20MP 1名 二等10MP 2名 鼓励奖若干 各50积分
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
10天了，一个靠谱的回贴都没有！
高压变频器功率单元自动旁路，这里专指多电平单元串联型高压变频器。这种变频器相电压由多个功率单元串联组成，每个单元IGBT只要承受与400V级别变频器相同的电压，通常1200V足够，但为了可靠性，也采用1600V级别的IGBT。
与400V级别变频器不同的是，单元输入虽然都采用三相整流桥，直流环境也使用电解电容器（也有看到使用薄膜电容的介绍），但输出逆变单元则使用H桥4个IGBT，不同于低压变频器的三相逆变桥6个IGBT。因为它只需要产生一个可正可负的电压，而一共由三组串联单元来组成三相逆变电路，产生三相逆变电压。
比如6kV级别的变频器通常每相由6个单元串联组成，这样每个单元承受350V交流电压（有效值），这样，使用400V级别变频器的功率和驱动电路就可以了。
这种类型变频器的最大问题就是功率单元太多，例如每个功率单元使用一个H桥IGBT模块，每相使用6个单元，三相就需要18个H桥，共72个IGBT。
很显然，与400V级变频器使用6个IGBT而言（这里忽略400V变频器中IGBT并联的问题，两种结构都会遇到），72个IGBT故障的几率比6个大得太多，本来IGBT就是变频器中最薄弱的环境，这么多薄弱环节在一起，问题就大了。所以有采用1600V的IGBT来提高可靠性的。
变频器运行中，往往都没有运行到50Hz，例如运行到40Hz时，其实相电压由5个单元就可以足额提供了，这就为单元损坏后的旁路提供了前提条件。
当单元体出现问题后，通常情况是这个单元体内部逆变环节（几率大些嘛），直接接通这个H桥，显然用交流接触器无论成本还是可靠性都是优选。如果单元体的控制系统出现问题，就只能停机离线手动切除单元体了。
很显然这时变频器已经无法足额运行了，但降低频率仍然可以继续运行，等待停机检修。
当然，还有些技术问题需要来解决，一相中有功率单元切除了，另外两相还是正常的，这样就会出现一个不平衡的问题，导致逆变的三相电压中心点偏移，这是可以通过调整驱动时序来解决。
这些都是原理，实现起来还需要解决一些技术问题，例如，是在线旁路，还是临时停机手动切换。
好多年不接触高压变频器的，现在也不知道新技术发展到哪里去了。
罗宾康高压变频器旁路介绍：
作为可选件，每个功率单元可以配备一只旁路接触器（机械式），如果功率单元发生故障，则变频器主控板自动接通对应的接触器。一旦该接触器得电，损坏的功率单元就被旁路接触器旁路掉，同时系统控制自动进行补偿（即中心点漂移）来保持电机三相电压平衡。这时的变频器输出电压是不能保持在额定输出电压的，但是电流是可以保证提供额定的。如果用户觉得这样还是有问题，则用户还可以选择加装选件——额外配置备用功率单元，此备用功率单元是在出厂时就串联在回路中的（每一相备一只），只不过在其它功率单元没有损坏时，备用功率单元是处于输出短路状态并且触发控制端也是截止的。一旦某一相的功率单元发生故障而被旁路时，对应的备用功率单元立即投入使用保证变频器全压全电流工作。
我认同4楼冰川兄的论述，高压变频器跟低压变频器技术的最大的区别，就是均压和均流技术，对功率管参数一致性及控制电路有更高的要求。也要求更完善的保护技术。但是理论上虽简单，但实现起来十分复杂。上实际80年代末，低压技术已经很成熟，但高压变频只有西门子可以做。
我不认任何厂家的所谓“功率单元损坏后会自动旁路出故障的单元，不影响变频器的运行”，尤其是在线自动切换。
1、在冰川兄的18个独立的H桥是任何桥路有问题都可以切换一组吗？那将是十分困难的逻辑，你说人为检查确定倒有可能处理（记住所有三相应该在调整时，保持对称，这不是简单的事，你试试），你说机器自动切换，我很难相信！
2、假如18个H单元，A相的上桥臂的一个H单元出现问题，你将它短接。好，因为a相的剩余的5个H单元，上桥臂2个H单元，下桥臂3个H单元，如果这样因为桥臂的均压将造成中性点偏移。这样为了保证中性点，A相除了切除上桥臂坏了的H和下壁一个好的H单元。这样为了保证，器件可以按设计使用，最大中间电压必须下降1/3.单我们知道中间电压不会因为H单元出现问题而降低，它是不可调节的(一般我们都是应用的电压型交直交脉宽调制变频器），因而任何H单元出现问题功率单元的额定参数已不能满足故障条件运行。
对于高压变频器工频旁路的工作方式，有两种，即自动自动工频旁路方式和手动工频旁路方式。
选用自动工频旁路方式还是手动工频旁路方式主要取决于负载的类型，即允许断电时间的长短。在对断电时间不能大于十几秒设备推荐选择自动工频旁路，常规选用真空接触器，超大容量（电流大于400A）的选用国产真空断路器；除此以外应优先选择手动工频旁路切换。
关于高压变频器，厂家技术人员经常宣传一个功能，就是功率单元损坏后会自动旁路出故障的单元，不影响变频器的运行，从原理上可以实现，无非采用机械器件或电力电子元件。但真正实现起来，还是有点困难。第一：功率单元空间所限，虽然可以做大。第二：系统自动检测某一单元的工作状况，若发生故障，将故障单元退出并发出指令旁路元件投入工作。问题在于串联于高压的单元模块，若一个单元退出，这一相每个单元的承受的电压发生改变，功率单元内的直流电压也发生变化，若偏差太大，可能系统报错，不能正常工作。
高压电动机在未进行调速改造之前，由电机上口的断路器控制启停，电动机直接与母线连接定速运行。
在进行变频调速改造后，电动机与母线之间除了原来的高压断路器外，还增加了一套高压变频调速装置。
随着变频器使用的增多，工程技术人员发现当工程技术人员又在变频器和电机、母线之间增加了一套切换装置，以满足电机连续运转的要求。
根据切换开关的不同，变频器的旁路方案分为手动旁路方式与自动旁路方式。
优点
在变频器出现严重故障时系统能够自动转入工频电网中断开变频调速系统时而负载不需要停机满足现场不能停机的要求。
缺点
价格比较高，使用复杂。电机由变频运行时向工频运行转换自动旁路开关一般也不会有问题。但有一点例外，即如果是由于电机及其负载的故障引起变频器停机，再次旁路，有可能使故障扩大化。例如变频器过流时，因为变频器自身无法判断是自身问题还是电机出现异常例如堵转、扫膛、匝间短路等。此时将电机直接投入电网工频运行会造成更大的损坏。此外当电机在低于工频的转速下运行时如果自动切换到工频电机转速突然升高炉膛负压、风量等参数会发生突变这时用户需要考虑在采取应对措施之前的短时间内会不会对生产造成影响。而手动旁路时可事先采取应对措施再重新启动电机
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