周泉勇  應用工程師，世強電訊

 

在高壓變頻器中，為解決單元串聯多電平高壓變頻器中主控系統與功率單元之間存在的強弱電隔離，及功率單元與功率單元之間的電磁干擾問題，提出了采用光纖連接方法實現功率驅動PWM信號的遠距離傳送。

 

在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業廣泛應用的泵類負載，占整個用電設備能耗的40%左右，電費在自來水廠甚至占制水成本的50%。這是因為：一方面，設備在設計時，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工況的變化，需要泵機輸出不同的流量。

 

隨著市場經濟的發展和自動化，智能化程度的提高，采用高壓變頻器對泵類負載進行速度控制，不但對改進工藝、提高產品質量有好處，又是節能和設備經濟運行的要求，是可持續發展的必然趨勢。對泵類負載進行調速控制的好處甚多。從應用實例看，大多已取得了較好的效果(有的節能高達30%-40%)，大幅度降低了自來水廠的制水成本，提高了自動化程度，且有利于泵機和管網的降壓運行，減少了滲漏、爆管，可延長設備使用壽命。

 

圖1-高壓變頻框圖

單元串聯多電平PWM電壓源型變頻器，采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，該變頻器對電網諧波污染小，諧波輸入電流很低，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置。如以6kV的輸出電壓等級為例（如圖2），電網電壓經過二次側多重化的隔離變壓器降壓后向功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交一直一交PWM電源型逆變器結構。將相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y聯結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。

圖2-6kV變頻器的電路拓撲結構圖

 

圖3-功率單元原理圖

在高壓變頻系統中，我們認識到在控制單元柜部分的信號主要是弱電，但整個系統工作環境較為惡劣、傳輸距離不確定（較遠），存在各種高壓電信號。如果采用純粹的銅線進行傳輸，則需要面臨各種干擾、升壓、降壓、損耗大、易腐蝕等問題，從而導致可靠性低、實用性低、資源浪費等結果。采用工業光纖則很好的解決上面的各種問題，所以光纖通信必然會成為以后通信的主要方式。

系統信號傳輸示意圖：

圖4-光纖傳輸示意圖

工業光纖通過將電信號轉變為光信號的這個方式，解決了采用銅線傳輸中的變壓、損耗、干擾等問題，其主要應用在控制柜和變頻功率單元柜的的通信。

圖5-光纖在高壓變頻器中的應用

世界知名品牌AVAGO有專門應用在高壓變頻器中的光電收發器產品：HFBRX5XXZ系列.

圖6-Avago光纖在變頻中的應用

1、 采用660nm波長的紅光進行傳輸.

2、 包含40kBd到160MBd的速度范圍.

3、 20m到1Km的距離范圍.

4、 兼容標準的TTL電平

 HFBRX5XXETZ是HFBRX5XXZ的升級版，它具備更高的溫度等級，-40---85℃， 3.3V工作電壓，兼容IEEE 802.3 100Base-X和10Base-X.

我們可以通過他們的命名規則，找到適合的型號：

圖7—光電收發器的命名規則

 

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