近年来，随着电力电子技术、通信技术的发展，高压大功率变频调速技术在国内取得较大的发展空间。交流异步电动机利用高压变频器可以实现无级调速，既能满足生产工艺的控制要求，又可以节约电能，降低生产成本。现就东莞市东江水务有限公司第六水厂应用的 ＨＡＲＳＶＥＲＴ－Ａ系列高压大功率变频器 （１０ｋＶ／２０００ｋＷ）的变频调速装置做初步探讨。
变频器的基本原理
ＨＡＲＳＶＥＲＴ－Ａ1０／１5０型高压变频器电压输入输出为１０ｋＶ，电压源变频器由三大部分组成：移相整流变压器柜 （装载２５００ｋＶＡ 变压器一台）、功率单元柜 （装载２４个功率 单 元 模 块）、 控 制 器 柜 （包 括 中 央 处 理 器 系 统、ＰＬＣ、工控机触摸屏控制器等）。在功率单元柜内分布的２４个功率单元，分上下三排，每排８个功率单元串联连接构成一相。
基本工作原理：１０ｋＶ 高压电经移相变压器进行降压、移相，隔离输出给各个功率单元，每个功率单元的Ｕ、Ｖ输出端子相互串接而成，８个一相构成星形接法给交流三相异步电动机供电，其中性点浮空。功率单元如图１所示，三相电压输入经熔断器，然后通过可控硅整流，并在ＩＧＢＴ逆变桥进行正弦 ＰＷＭ 控制，最后单相输出，在相邻功率单元的输出端串接起来，形成最高１０ｋＶ高压电源的正弦波，直接驱动交流异步电机。
图１ 变频器功率单元模块
ＨＡＲＳＶＥＲＴ－Ａ 系列属于 “高－高”电压源型变频器，是北京利德华福电气技术有限公司针对风机、水泵、压缩机负载而设计的一款具有低谐波、高功率因数、高效率，满足国内实际工况特点，适用于交流三相异步电动机调速需要的一款产品。
变频器功率单元电路结构
１０ｋＶ大功率变频器的功率单元电路图如图２所示，每个功率单元构造一样，功能相同，可互换互用；每个功率单元设有自动旁路装置，避免某一功率单元不工作影响停机带来的损失；整流桥采用可控硅组成三相全桥对输入的电压进行不控全波整流，整流后采用１０个大容量电解电容进行滤波和储能，使直流侧输出电压接近恒定；最后由四只ＩＧＢＴ组成 Ｈ 桥逆变器形成 ＰＷＭ 调制交流输出。每个功率单元都有一个专为 ＰＷＭ 调制提供控制、驱动信号的电路板。
图２ 功率单元电路结构图
变频器的特点
（１）每个功率单元内都装载大容量滤波电解电容，功率单元之间串联连接，可适用于 １０ｋＶ 电网电 压 ５％ ～１０％的变化。
（２）功率单元采用可控硅全波整流，且有大容量滤波电解电容设计，所以变频器的功率因数很高，功率因素大于０．９５，甚至接近１．０。
（３）由于属于电压源的变频器正弦波输出稳定，被拖动的电动机在运转时的噪音、振动、温度都小，适合大部分的交流电动机使用。
（４）变频器可对电动机实现多种常规的电气保护，具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，基本做到无谐波。
（５）工控机人机界面提供友好的全中文监控和操作界面，可供工厂现场工人操作。
变频器的故障特征
１０ｋＶ大功率变频器是由半导体电力电子元件、通信元器件、导线电缆等组成的复杂装置，拓扑结构采用模块化设计组成。控制器系统有故障诊断能力，触摸屏有信息存储查阅功能。每个功率单元内检测电路能及时准确地检测出故障的原因，并通过光纤传送给中央处理器，由中央处理器判断是否切断变频装置的电源。
每个功率单元由整流桥、电解电容、ＩＧＢＴ、吸收装置板、驱 动 板、单 元 控制板等组成。其中电路板多采用表面贴片封装技术，而用户的维修条件及掌握的资料有限，为了提高效率，缩短维修时间，用户只需根据故障情况找出故障的功率单元或电路板进行更换。从目前的元器件技术水平和经济性考虑，变频器的寿命周期预计为１５年左右。通过该公司在运或停运的多台变频器，总结变频器的故障待征如图３所示。
