主回路結(jié)構(gòu)
ES9000系列高壓變頻節(jié)能寶采用多單元串聯(lián)結(jié)構(gòu),，主回路主要由多繞組供電變壓器和數(shù)個(gè)逆變單元構(gòu)成,。多繞組供電變壓器為每個(gè)逆變單元單獨(dú)供電，并實(shí)現(xiàn)單元之間的供電電源隔離和與電網(wǎng)之間的隔離,。逆變單元是核心功率部件,，其開(kāi)關(guān)器件為IGBT。通過(guò)功率單元串聯(lián)和疊波升壓等技術(shù)措施,，將多個(gè)低壓變頻輸出的電壓源直接串聯(lián),，最終實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出。典型的主回路結(jié)構(gòu)如下圖所示,。
功率單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示,，輸入電源端R、S,、T接變壓器二次線圈的三相低壓輸出,，三相二極管全波整流為直流環(huán)節(jié)電容充電，電容上的電壓提供給由IGBT組成的單相H形橋式逆變電路,。
功率單元通過(guò)光纖接收信號(hào),，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制(PWM)方式，控制Q1～Q4、4個(gè)IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷,，輸出單相脈寬調(diào)制波形,。每個(gè)單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時(shí),，U1和U2的輸出電壓狀態(tài)為1,；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，U1和U2的輸出電壓狀態(tài)為-1,；當(dāng)Q1和Q2或者Q3和Q4導(dǎo)通時(shí),，U1和U2的輸出電壓狀態(tài)為零。
功率單元具有旁路功能,。當(dāng)某個(gè)單元發(fā)生熔斷器故障,、過(guò)熱、過(guò)壓和IGBT故障而不能繼續(xù)工作時(shí),，該單元及其另外兩相對(duì)應(yīng)位置上的單元將自動(dòng)旁路,，此時(shí)Q1～Q4封鎖輸出，可控硅K導(dǎo)通,，以保證ES9000連續(xù)工作,，并發(fā)出旁路告警。
小功率ES9000的單元旁路器件采用接觸器,，大功率ES9000的單元旁路器件采用二極管,、可控硅組件。
輸入側(cè)移相變壓器供電原理
ES9000高壓變頻節(jié)能寶的輸入側(cè)配置有多繞組隔離變壓器,，變壓器的副邊有多個(gè)相互隔離的三相繞組,，每三個(gè)三相繞組組成一個(gè)同相位組，向三個(gè)單元獨(dú)立供電,，形成6脈沖整流輸入,。6KV等級(jí)的ES9000有6個(gè)同相位組，6個(gè)同相位組構(gòu)成36脈沖輸入,；10KV等級(jí)的ES9000有9個(gè)同相位組,， 9個(gè)同相位組構(gòu)成54脈沖輸入；
ES9000的多脈沖輸入特性使其具有良好的電網(wǎng)側(cè)性能指標(biāo),，其輸入波形接近完美正弦波,，完全滿足IEEE519-1992和GB/T14549-2002標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且能保證接近于1.0的輸入功率因數(shù),。
輸出側(cè)單元疊加逆變?cè)?/strong>
ES9000高壓變頻節(jié)能寶的輸出電壓是由多個(gè)三相輸入,、單相輸出的低壓功率單元逆變電壓串聯(lián)而成。如下圖所示,，數(shù)個(gè)逆變單元分成三組,，每組單元數(shù)相同,，組之間的電壓相位差為120度，將三組單元的輸出 Y 接,，即可得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的可變壓變頻三相高壓電源,。
每個(gè)逆變單元都標(biāo)準(zhǔn)配置有輸出旁路裝置，當(dāng)某個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí),，可停止其工作并將其輸出旁路(即單元旁路),，同時(shí)主動(dòng)停止另外二相上與之對(duì)應(yīng)的單元的工作并將它們旁路，這樣,，盡管三相輸出電壓有所下降,，但可達(dá)到三相平衡，系統(tǒng)可以維持降額運(yùn)行,，不停機(jī)。
每相有一個(gè)單元旁路稱為1級(jí)旁路,，每相有二個(gè)單元同時(shí)旁路稱為2級(jí)旁路,。單元旁路后，允許的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和實(shí)際轉(zhuǎn)矩大小有關(guān),。
每個(gè)逆變單元的輸出都是PWM調(diào)制正弦波,，單元串聯(lián)采用了多重化技術(shù)，即每相上的n個(gè)單元輸出電壓幅值和頻率都是相同的,，但其相位卻相差一定角度(時(shí)間上相差1/n個(gè)開(kāi)關(guān)周期),。這樣，n個(gè)單元串聯(lián)形成的相電壓波形就具有(2n+1)個(gè)電平,，使波形中的諧波含量大大降低,，幾乎接近于完美的正弦波。下圖是3單元串聯(lián)時(shí)的相電壓疊加波形和實(shí)測(cè)的負(fù)載電壓,、電流波形,。
多重化正弦波PWM輸出。6kV裝置輸出相電壓13電平,，輸出線電壓25電平,；10kV裝置輸出相電壓19電平，輸出線電壓37電平,；dv/dt小,，輸出電壓、輸出電流波形接近完美正弦波,，對(duì)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)無(wú)特殊要求,，可以驅(qū)動(dòng)普通國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)。
輸入輸出電纜可采用普通電力電纜,，輸出電纜長(zhǎng)度可達(dá)1000米,，如需更長(zhǎng)的輸出電纜長(zhǎng)度,，在訂貨時(shí)需提出要求。
輸出電壓,、電流諧波含量小,，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),，運(yùn)行噪聲低,。
外部接口
ES9000高壓變頻節(jié)能寶控制系統(tǒng)由主控板、接口控制板,、觸摸屏人機(jī)界面組成,，各部分之間的接線示意如下圖所示。
現(xiàn)場(chǎng)的I/0信號(hào)可以通過(guò)內(nèi)置的接口控制板進(jìn)行邏輯和運(yùn)算處理,，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的靈活性,。接口控制板有14個(gè)DI輸入(干節(jié)點(diǎn))、10個(gè)DO輸出(干節(jié)點(diǎn),，250VAC/1A),、4路AI輸入(2路0-5V，2路4-20mA),、3路AO輸出(每路可選0-10V或4-20mA輸出形式),，其中，14個(gè)DI輸入功能在具體的應(yīng)用宏中定義,，可根據(jù)用戶自己選定的應(yīng)用宏來(lái)使用,；10個(gè)DO輸出是可編程的，功能由用戶自己定義和修改,；
接口控制板有處理 4 路模擬量輸入和 3 路模擬量輸出的能力,，模擬量輸入用于處理來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的流量、壓力,、溫度,、液位等模擬信號(hào)或參數(shù)設(shè)定信號(hào)；模擬輸出量可以自由編程,，可代表頻率,、電流、電壓等電參數(shù)以及壓力,、流量,、溫度、閥門(mén)開(kāi)度等工況參數(shù),。同時(shí),，接口控制板還可以完成 PID閉環(huán)控制功能和其它現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用功能。
接口控制板還提供1路RS-485通訊接口,，用于與上位機(jī)或外圍控制系統(tǒng)的通訊,，遵循MODBUS通訊協(xié)議,。另提供PROFIBUS-DP、以太網(wǎng)等通訊接口可選件,，還可提供上位機(jī)監(jiān)控軟件和基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件等可選客戶端軟件,。
