4000kW/6kV变频器简介
研发部 陈秋泉
国产高压变频器发展至今已近10年，技术日臻成熟，基本能满足普通风机、水泵的调速需求，为国家节能减排的大政方针做出了应有的贡献。在与国外高压变频器的竞争中，国内厂家需要在高性能和大容量高压变频器上取得突破，争取更大的市场份额。合康亿盛在国内率先推出煤矿提升机用四象限高压变频器后，又在国内首次将容量突破5000kVA，在这两个方面均有幸走在了国产高压变频器前列。
大容量变频器并非是小容量变频器的简单放大，需要解决大量的技术问题，如IGBT并联均流、散热、冲击电流的抑制、干扰、大量电容的布置及体积控制、负载试验等等。合康在取得一系列专利的同时，于2006年8月成功推出产品，并顺利通过一系列试验，现已投运于俄罗斯夏诺夫格罗德某火电厂给水泵上，至今已稳定运行约半年。
一、500A功率单元
功率单元是高压变频器的基础，电流做大后，并联IGBT的均流，IGBT的保护，众多电容的摆放，功率器件、均压电阻、电容等的散热以及单元自身的抗干扰能力等问题都显得很突出。这次我们采用了一种新的结构方式，单元外形如图1所示：
图1 500A功率单元外形图
散热器布置在单元上方，电解电容对接安装在中间，电解电容安装方式如图2所示。这种方式有效利用了空间，连接也很方便，同时安装板对外形成了一个屏蔽层。
图2 电容安装方式
电容的均压电阻和单元控制、驱动板分别安装在电容安装板的外侧，有利于散热，并与内部的大电流主回路有效实现电磁屏蔽。
二、结构布置
图3 5000kVA变频器外形图
系统外形如图3所示，从左至右分别为启动柜、变压器柜、单元柜1、单元柜2，总宽度为7250。受变压器尺寸的影响，柜体高度和深度分别做到了2400和1400。三相单元上下排列，每个单元柜内安装有9个功率单元。为了充分利用单元柜的深度尺寸，控制系统与单元之间采用前后排列方式，将控制系统布置在单元的背面。控制系统与单元之间采用钢板屏蔽。
三、启动柜
单元串联式高压变频器一般采用隔离变压器阻抗限流，功率单元上电初始期相当于短路，冲击电流很大。大功率变频器因为电容的增加，这个问题显得更为严重，为了避免冲击电流对电网和功率单元形成危害，我们在变频器前短增加了一个启动柜，启动柜主回路如图4所示。上电前，真空接触器KM处于断开位置，上电时电阻串接在主回路中，通过电阻限制上电电流值，当电压上升到一定程度后，KM闭合，将上电电阻切除。图5为增加启动柜后，功率单元直流母线上电压的上升曲线，直流电压上升到600V后，电阻被旁路。从曲线上可以看出，串入电阻时，电压上升速度明显变缓，i(t) = Cdu(t)/dt，单元电流被有效抑制。
四、负载试验
这台变频器是为俄罗斯生产的，发到现场前，必须进行严格的测试，尤其是负载试验。在工厂我们通过能量回馈方式最大只能带到800kVA的负载，与变频器容量相差甚远。为此我们找到了北京重型电机厂的试验平台，该厂有一台3600kVA的同步发电机，短时电流可以达到400A。
图6 负载试验主回路图
负载试验的主回路如图6所示，同步发电机作为变频器的负载电动机M1使用，M1拖动一台2000kW的直流发电机G1，G1同时为两台1000kW的直流电动机M2、M3供电，M2、M3再分别拖动两台同步发电机G2和G3，将能量回馈到电网。
变频试验时，同步电动机采用变频异步空载启动，运行到30Hz后施加励磁将M1拖入同步运行状态，然后再调节速度，并通过调节直流电机励磁调节负载，调节同步电机励磁调节变频器的输出电流。同步电动机在异步启动/运行过程中，因其结构的特殊性，电流要大于同容量的异步电动机，因此在启动过程中，通过调节启动时间，我们可以将变频器的输出电流调到500A以上。试验取得了非常满意的结果：
图7 电流、电压即功率测量
运行现场
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