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          高壓變頻器主電路圖分析及其應(yīng)用

          作者: 時間:2011-07-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1.引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/194841.htm

            目前,隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來,原來一直難于解決的高壓問題,近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也越來越為廣范,這為工礦企業(yè)高效、合理地利用能源(尤其是電能)提供了技術(shù)先決條件。

            2.幾種常用

            (1)單元串聯(lián)多重化電壓源型

            單元串聯(lián)多重化電壓源型利用低壓單相變頻器串聯(lián),彌補(bǔ)功率器件IGBT的耐壓能力的不足。所謂多重化,就是每相由幾個低壓功率單元串聯(lián)組成,各功率單元由一個多繞組的移相隔離變壓器供電,用高速微處理器實(shí)現(xiàn)控制和以光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動。但其存在以下缺點(diǎn):

            a) 使用的功率單元及功率器件數(shù)量太多,6kV系統(tǒng)要使用150只功率器件(90只二極管,60只IGBT),裝 置的體積太大,重量大,安裝位置和基建投資成問題;

            b)所需高壓電纜太多,系統(tǒng)的內(nèi)阻無形中增大,接線太多,故障點(diǎn)相應(yīng)的增多;

            c) 一個單元損壞時,單元可旁路,但此時輸出電壓不平衡中心點(diǎn)的電壓是浮動的,造成電壓、電流不平衡,從而諧波也相應(yīng)的增大,勉強(qiáng)運(yùn)行時終 究會導(dǎo)致電動機(jī)的損壞;

            d)輸出電壓波形在額定負(fù)載時尚好,低于25Hz以下畸變突出;

            d)輸出電壓波 形在額定負(fù)載時尚好,低于25Hz以下畸變突出;

            e)由于系統(tǒng)中存在著變壓器,系統(tǒng)效率再提高不容易實(shí)現(xiàn);移相變壓器中,6kV 三相6繞組×3(10kV時需12繞組×3)延邊三角形接法,在三相電壓不平衡(實(shí)際上三相電壓是不可能絕對平衡的)時,產(chǎn)生的內(nèi)部環(huán)流,必將引起內(nèi)阻的 增加和電流的損耗,也相應(yīng)的就造成了變壓器的銅損增大。此時,再加上變壓器的鐵芯的固有損耗,變壓器的效率就會降低,也就影響了整個高壓變頻器的效率。這 種情況在越低于額定負(fù)荷運(yùn)行時,越是顯著。10kV時,變壓器有近400個接頭、近百根電纜。在額定負(fù)荷時效率可達(dá)96%,但在輕負(fù)荷時,效率低于 90%。

            (2)中性點(diǎn)鉗位三電平PWM變頻器

            該系列變頻器采用傳統(tǒng)的電壓型變頻器結(jié)構(gòu)。中性點(diǎn)鉗位三電平PWM變頻器的逆變部 分采用傳統(tǒng)的三電平方式,所以輸出波形中會不可避免地產(chǎn)生比較大的諧波分量,這是三電平逆變方式所固有的。因此在變頻器的輸出側(cè)必須配置輸出LC濾波器才 能用于普通的鼠籠型電機(jī)。同樣由于諧波的原因,電動機(jī)的功率因數(shù)和效率、甚至壽命都會受到一定的影響,只有在額定工況點(diǎn)才能達(dá)到最佳的工作狀態(tài),但隨著轉(zhuǎn)速的下降,功率因數(shù)和效率都會相應(yīng)降低。

            多電平+多重化高壓變頻器。多電平+多重化高壓變頻器的本意是想解決高壓IGBT的耐壓有限的問題,但此種方式,不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,而且降低了多重化冗余性能好和三電平結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。因此此類變頻器實(shí)際上并不可取。

            此類型變頻器的性能價格優(yōu)勢并不大,與其同時采用多電平和多重化兩種技術(shù),還不如采用前面提到的高壓IGBT的多重化變頻器或者三電平變頻器。

            (3)電流源型高壓變頻器

            功率器件直接串聯(lián)的電流源型高壓變頻器是在線路中串聯(lián)大電感,再將SCR(或GTO、 SGCT等)開關(guān)速度較慢的功率器件直接串聯(lián)而構(gòu)成的。

            這種方式雖然使用功率器件少、易于控制電流,但是沒有真正解決高壓功率器 件的串聯(lián)問題。因?yàn)榧词构β势骷霈F(xiàn)故障,由于大電感的限流作用,di/dt受到限制,功率器件雖不易損壞,但帶來的問題是對電網(wǎng)污染嚴(yán)重、功率因數(shù)低。并且電流源型高壓變頻器對電網(wǎng)電壓及電機(jī)負(fù)載的變化敏感,無法做成真正的通用型產(chǎn)品。

            電流源型高壓變頻器是最早的產(chǎn)品,但凡是電壓型變頻器到達(dá)的地方,它都被迫退出,因?yàn)樵诮?jīng)濟(jì)上、技術(shù)上,它都明顯處于劣勢。

            3.IGBT直接串聯(lián)的直接高壓變頻器

            3.1 簡介

            
          圖1.IGBT直接串聯(lián)高壓變頻

            如圖1所示,圖中系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓直接經(jīng)高壓斷路器進(jìn)入變頻器,經(jīng)過高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波,再通過 逆變器進(jìn)行逆變,加上正弦波濾波器,簡單易行地實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出,直接供給高壓電動機(jī)。

            功率器件IGBT直接串聯(lián)的二電平電壓型 高壓變頻器是采用變頻器已有的成熟技術(shù),應(yīng)用獨(dú)特而簡單的控制技術(shù)成功設(shè)計(jì)出的一種無輸入輸出變壓器、IGBT直接串聯(lián)逆變、輸出效率達(dá)98%的高壓調(diào)速系統(tǒng)。對于需要快速制動的場合,采用直流放電制動裝置,如圖2所示:

            
          圖2.具有直流放電制動裝置的IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器

            如果需要四象限運(yùn)行,以及需要能量回饋的場合,或輸入電源側(cè)短路容量較小時,也可采用如圖3所示的PWM整流電路,使輸入 電流也真正實(shí)現(xiàn)完美正弦波。

            
          圖3.具備能量回饋和四象限運(yùn)行的IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器主電路圖

            3.2 IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器25Hz、30Hz、40Hz、50Hz電壓、電流輸出波形及諧波圖:


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