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几种高压变频器原理分析及实际应用

几种高压变频器原理分析及实际应用

1.引言
电机是工业生产中主要的耗电设备,高压大功率电动机的应用更为突出,而这些设备大部分都存在很大的节能潜力。所以大力发展高压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性。
目前,随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展,高压大 功率变频调速装置不断地成熟起来,原来一直难于解决的高压问题,近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。其应用领域和范围也越来越为广范,这为工矿企业高效、合理地利用能源(尤其是电能)提供了技术先决条件。
2.几种常用高压变频器的主电路分析
(1)单元串联多重化电压源型高压变频器
单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联,弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。所谓多重化,就是每相由几个低压功率单元串联组成,各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电,用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。但其存在以下缺点:
a)使用的功率单元及功率器件数量太多,6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管,60只IGBT),装 置的体积太大,重量大,安装位置和基建投资成问题;
b)所需高压电缆太多,系统的内阻无形中增大,接线太多,故障点相应的增多;
c)一个单元损坏时,单元可旁路,但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的,造成电压、电流不平衡,从而谐波也相应的增大,勉强运行时终 究会导致电动机的损坏;
d)输出电压波形在额定负载时尚好,低于25Hz以下畸变突出;
d)输出电压波 形在额定负载时尚好,低于25Hz以下畸变突出;
e)由于系统中存在着变压器,系统效率再提高不容易实现;移相变压器中,6kV 三相6绕组×3(10kV时需12绕组×3)延边三角形接法,在三相电压不平衡(实际上三相电压是不可能绝对平衡的)时,产生的内部环流,必将引起内阻的 增加和电流的损耗,也相应的就造成了变压器的铜损增大。此时,再加上变压器的铁芯的固有损耗,变压器的效率就会降低,也就影响了整个高压变频器的效率。这 种情况在越低于额定负荷运行时,越是显著。10kV时,变压器有近400个接头、近百根电缆。在额定负荷时效率可达96%,但在轻负荷时,效率低于90%。
(2)中性点钳位三电平PWM变频器
该系列变频器采用传统的电压型变频器结构。中性点钳位三电平PWM变频器的逆变部 分采用传统的三电平方式,所以输出波形中会不可避免地产生比较大的谐波分量,这是三电平逆变方式所固有的。因此在变频器的输出侧必须配置输出LC滤波器才 能用于普通的鼠笼型电机。同样由于谐波的原因,电动机的功率因数和效率、甚至寿命都会受到一定的影响,只有在额定工况点才能达到最佳的工作状态,但随着转速的下降,功率因数和效率都会相应降低。
多电平+多重化高压变频器。多电平+多重化高压变频器的本意是想解决高压IGBT的耐压有限的问题,但此种方式,不仅增加了系统的复杂性,而且降低了多重化冗余性能好和三电平结构简单的优点。因此此类变频器实际上并不可取。
此类型变频器的性能价格优势并不大,与其同时采用多电平和多重化两种技术,还不如采用前面提到的高压IGBT的多重化变频器或者三电平变频器。
(3)电流源型高压变频器
功率器件直接串联的电流源型高压变频器是在线路中串联大电感,再将SCR(或GTO、 SGCT等)开关速度较慢的功率器件直接串联而构成的。
这种方式虽然使用功率器件少、易于控制电流,但是没有真正解决高压功率器 件的串联问题。因为即使功率器件出现故障,由于大电感的限流作用,di/dt受到限制,功率器件虽不易损坏,但带来的问题是对电网污染严重、功率因数低。并且电流源型高压变频器对电网电压及电机负载的变化敏感,无法做成真正的通用型产品。
电流源型高压变频器是最早的产品,但凡是电压型变频器到达的地方,它都被迫退出,因为在经济上、技术上,它都明显处于劣势。
3.IGBT直接串联的直接高压变频器
3.1 主电路简介


图1.IGBT直接串联高压变频


如图1所示,图中系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器,经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波,再通过 逆变器进行逆变,加上正弦波滤波器,简单易行地实现高压变频输出,直接供给高压电动机。
功率器件IGBT直接串联的二电平电压型 高压变频器是采用变频器已有的成熟技术,应用独特而简单的控制技术成功设计出的一种无输入输出变压器、IGBT直接串联逆变、输出效率达98%的高压调速系统。
对于需要快速制动的场合,采用直流放电制动装置,如图2所示:


图2.具有直流放电制动装置的IGBT直接串联高压变频器主电路图

英威腾 INVT-CHH 高压变频器
英威腾 INVT-CHH
高压变频器
产品描述:
INVT-CHH系列高压变频器是深圳市英威腾电气公司集世界尖端的电力电子技术为一体而开发的注重环保的IGBT高压变频器。它采用多级电平SPWM控制,实现了对高压电动机的变频调速驱动控制,切实发挥了高压电动机变速运转的威力,为提高设备的控制水平,满足工艺控制要求,降低电机电耗有着积极的作用。


英威腾 INVT-CHH
高压变频器
应用范围:

火力发电:引风机、送风机、吸尘风机、压缩机、给水泵、灰浆泵等。
冶金采矿:引风机、通风风机、吸尘风机、泥浆泵、除垢泵、离心进料泵等。
石油化工:引风机、气体压缩机、注水泵、潜油泵、主管道泵、锅炉给水泵、卤水泵、混合器、挤压器等。
水泥制造:窑炉引风机、生料研磨引风机、压力送风机、主吸尘风机、冷却器吸尘风机、冷却器排风机、预热塔风机、分选器风机、窑炉供气风机等。
供水、污水处理:污水泵、清水泵、净化泵、混流泵、送氧鼓风机等。

他:
传动机械装置、风力涡轮机、风洞等。


英威腾 INVT-CHH 高压变频器 技术参数:

模块化电子积木设计,功率单元级联高压变频器;

采用多重化整流技术,谐波小,功率因数高,符合最严厉的电能质量管理要求;
采用多重化逆变技术,输出谐波小,电机转矩脉动小,运行效率高;
采用DSP及CPLD控制平台,系统控制的实时性与可靠性极高;
内置PID调解器及端子可编程设定功能,方便实现闭环控制,满足工艺控制要求;
触摸屏、程序运行、模拟电位器、电压源、电流源、通讯接口等多种控制指令输入通道,控制方式灵活、方便;
AVR功能设计:即使电网电压存在较大波动,输出电压也能基本保持不变,适合中国电网;
保护功能完善;对高压变频器发生短路、过流、过载、缺相、三相不平衡、整流变压器过热等故障均能可靠保护;
多重旁路功能设计:可以在系统带电的情况下旁路功率单元,变频系统持续运行。
工业品[url][/url]
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