目前高压变频器的特性论述论文.pdf目前高压变频器的特性论述论文pdf,目前高压变频器的特性论述论文

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详细说明：目前高压变频器的特性论述论文pdf,目前高压变频器的特性论述论文在不同的历史时期,就有不同的技术与技术产品出现类:专用高压变频器驱动对象:高压交流异步电动机负载通用类:风机、水泵专用(要求不高的平方转矩和不快态动控制负载类) ()高低高方式;采用降压变压器低压变频器特殊升压变压器电机; ()脉冲变压器→整流三电平两电位重叠间接高压方式; ()曲拆多脉冲变压器→整流单元串联多电位重叠间接高压方式注:间接一指在变频器变流环节中,存在利用了变压器来进行电压变换的过程。类:通用高压变频器驱动对象:高压交流异步电动机;高压交流同步电动机; 负载通用类:(既可适用风机、水泵,也可全程快速高转矩控制和四象限运行的各种机械传动控制。) ()直接整流→ 元件串联直接高压方式;(国有技术;世界专利。) 四、四种高压的拓扑方式的特点高低高方式; 电压变换方式:降压变压器()◆低压变频器()→升压变压器()→电机() 系统等效阻抗: 输出变压器特殊制造成本高,功率因素低效率低自损耗大笨重。系统性能差,可用于一般工艺调速,不宜于调速节能的应用; 电平两电位重叠间接高压方式(简称:三电平高压变频器) 电压变换方式:电源→降压变压器()→三电平逆变器()→电机() 系统等效阻抗: 三电平高压变频器又称“中性点箝位式”(也称中点箝位方式高压变频器,这是近几年才开发和推出的一种高压变频器,高压变频调速系统采用中性点箝位三电平技术。变频器主要由输入12脉冲变压器、整流器、中性点箝位回路、三电平模式逆变器、输出滤波器、控制部分等组成。整流电路一般采用二极管,箝位采用高压快恢复二极管,逆变部分功率器件采用或输出电压等级初期便用时由于输出电压与电机工作电压不直接匹配,对须将高压电机“”接法改为 Δ”接法。当变频器故障时,又改回去,工频运行。目前为可在输出端增设一个自耦升压交压器,可直接用于和高压电机,类高低高方式。目前为公司和西门子公司技术方案产品。技术特怔 AC3-5kV 本」本本本士 NSKY L丁丁高压电机图中性点箝位三电平高压变频器主电路拓扑结构图由图可以看出,该系列变频器采用类似传统的电压型变频器结构,关键技术在对中点漂动处理,空载和轻载漂动小,随负载的加重或动态变化,屯容难以支撑中点位,钳位中点也稳不住钳位电压随之浮动。中点的浮动的幅度大小,将会产生输出电压的非对称性,输出谐波,波形失真共模电压的变化。其表现为,若输出端在不接电抗器,直接连高压电机运行,电动会出现剧力抖动和高热(这是任何一种方式变频器都不会产生的现象)。为此,三电平高压变频器不管电机离的远近,都须装输出电抗器,解决可视,听的缺陷。而隐患的共模电压导致电机绝缘老化问题。由于电平逆变开关模式中存在必须的多点死区,其缺陷是由电路特点,硬件产生的,单靠优化控制软件, 只能收到微小的效果。还需同佳灵型一样,增加输出共模抑制器方可有好效。产品特点 )效率极低三电平变频器的结构简单,但二极管的增多、线路增多,况且每个的驱动波形不一致, 也必将导致箝位和开关性能的不一致。功率元件的导通和关断是由箝位二极管来保证的。箝位二极管的耐压要求高,快恢复性能好,主器数量多。,致使系统结构相对复杂,而且扩展能力有限 )变频器容量需增大,投瓷高开关器件的导通负荷不一致。靠近母线的开关和靠近输出端的导通负荷不平衡,这样应导致开关器件的电流等级不同。在电路中,如果按导通负荷最严重的情况设计器件的电流等级,则每相有个外层器件的电流等级过大,造成浪费。变频器输出线电压 ,电机角形接法为变频器输出必降压设定为将产生变频器的无用功率为: 在使用选型时,变频器的容量至少需增加的匹配容量,而增大投资 )由于需星三角变换装置,才能实现工频变频切换对于高压电机,三电平变频器采用Y△改接的办法,将Y型接法的电机改为△接法。但在进行了Y△改接后,电机的电压与电网的电压不一致,无法实现旁路功能,当变频器出现故障时,又要保证生产的正常进行,必须首先将电机改回Y型接法,再投入电网。为此,电机的改接必须加装Y△切换柜实现,以便实现旁路功能。 )输出谐波含量大,需要专用变频电机由于三电平变频器,所固有的输出波形中含高的谐波分量,使得输出性能不良好。输出电流、电压波形见图。低速区变频器的波形极差,基本上不能满足工况的要求。因此,在变频器的输出侧必须配置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。输出电压谐波、高,次、次谐波达到以上,会引|起电动机谐波无功发热、转矩脉动,这对电缆和电动机都是致命的影响。因此,外商一般都力荐采用专用电动机。「低速区低速区波形电流 E王mn口T 目,丰目 TTLIJUUUII 高速区电压电流 E 线电压图三电平变频器输出波形图 3、单元串联多重化技术→间接高压方式;(装置内含有降压变压器 (简称;单元串联多重化变频器) 电压变换方式:电源→变压器(R1)→单元串联变频器(R2)→电机(R3 系统等效阻抗: 3.1主电路单元串联多重化技术高压变频器,是利用移相主变压器降压,再通过多个低压单相变频器(图 )串联和控制器结构组成。各功率单元由一个曲拆多绕组的移相主变压器降压供电。变压器是单元串联压变频器设备电路结构中的一个重要部件。3KV有12个功率单元,每4个功率单元串联构成一相。6KV系列有15个功率单元,每5个功率单元串联构成一相。10KV系列有 21个功率单元,每7个功率单元串联构成一相。移相变压器中,变频器时需要×个绕组,引出主接线头根,(时需×个绕组,引出主接线头根,)。变压器输入端采用内部三角形,输出为外部星形的延边三角形接法,见图所谓多重化技术就是每相由几个低压PW功率单元(图3)串联组成,各功率单元由一个多绕组的隔离变压器多级移相叠加的整流方式供电,由CPU实现控制再以光导纤维隔离驱动。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电。通过对每个单元的PWM波形进行重组多重化。可实现输入端(变频器在高频段输出50Hz时)条件下有较低的谐波含量(输出端谐波含量高)。图(5)为6kV变频器的主电路拓扑图,每组由5个额定电压为690V的功率单元串联, 因此相电压为690V×5=3450V,所对应的线电压为6000V。每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电,15个二次绕组分成5组,每组之间存在一个12°的相位差。以中间△接法为参考(0°),上下方各有两套分别超前(+12°、+24°)和滞后(-12°、-24°)的4组绕组。所需相差角度可通过变压器的不同联接组别来实现。图单元桥电原理图 }中 q 气钉冉压器圈2多化变烦器扑结构困图3五功奉单元串瑗雯频器的电气连接图4中的每个功率单元都是由低压(IGBT)构成的三相输入,单相输出的低压PWM电压型逆变器。每个功率单元按预编程时序输出不同相位差的PWM电压为1、0、-1三种状态电平,每相5个单元成阶梯叠加,就可产生11个不同的梯度电平波形,图5为一相合成的输出正波包络电压波形这种电压波形对电单元串联机无特殊要求,可用于普遍笼型电机。这种多重化技术构成的高压变频器,也称为单元串联电压型变频器,采用功率单元串联双“Y” 回路,采取变压器多绕组别分组分压整流单元均压,单元电平叠加,变频器输出高电压的正波包络阶梯电压波形。适应普通笼型电机的变频调速驱动。 Mi-uTTTrtmmiMar A aTTA :TT yuLLLUY 图功率单元串联高压变频器输出波形图单元串联多重化变频器的技术特点 (1)是一种单变压器高一低一高的有效方式。采用功率单元串联电压相加回路,采取变压器多绕组别分组分压整流单元均压,单元电平叠加,变频器输出高电压的阶梯电压波形,经电机定子电感滤波,测相电压为正弦波(实际上就任何变频器输出波形很差,只要经电机定子电感滤波,测相电压都为正弦波)。 ()成熟技术易于组合不同电压输出的要求。由于用功率单元串联,采用低压变频器成熟技术,由低压组成逆变单元,通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求; ()功率单元模块化、标准化、单元间具有互换性。由于多功率单元具有相同的结构及参数, 便于单元间具有互换性,实现冗余设计,即使在个别单元故障时也可通过单元旁路功能将该单元短路,系统仍能降额地可运行。 )实现工变频切换操作简单。若考虑变频器故障后的工频运行,可增设一个简单切换装置,可方便地通过倒切开关,切换到工频运行。 (5)需制造复杂而昂贵的移相变压器,存在一些不便的长远后虑。由于系统中存在着必须的移相变压器,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(励磁功率是为不变因数),变压器的效率就会降低。也就影响了整个系统的效率,并随负载率的降低效率更要降低。变频器系统平均效率低。在使用中一但变压器损坏维修极复杂,费用极高。总费用至少在购价的45%左右。 (6)输入谐波重载时含量低。由于采用了必要的移相变压器,实现多组整流,间接地获得了输入端的低谐波含量指标。 ()使用的功率单元及功率器件数量太多,系统要使用只功率器件(只二极管, 只);移相主变压器接点太多,接线复杂,系统的内阻和损耗增大,。驱动元器和连线多相应长期使用中故障必然多,维护复杂且工作量大。 8)输出电压波形在额定负载时尚好,低于25Hz以下畸变突出,谐波含量大增。电机从OHz 起动时振动大,电机温度高,不能快加速的原因; ()只能用于风机水泵的变频调速。 ()动态特牲软,响应速度慢,加速和减速时间长。 )不能用于含有制动工况的机械转动;不能实现能量回馈的四象限运行,且无法实现制动; ()装置的体积太大,重量大,安装占地面积大元件直接串联高压变频器(通用高压变频器) 直接整流元件串联直接高压方式;(国创技术;世界专利。) 在中高压领域,矛盾的焦点是自关断功率器件如IGBT的耐压问题,对3KV、6KV、10KV或更高的工作电压IGBT的耐压短期内是无法解决的,而对高速功率开关器件的串联问题是全世界公认都未解决的尖端难题, 电压变换方式:电源元件串联直接高压器()→电机() 系统等效阻抗: 主回路工颊至苯本频逆变风杋水泵型高压变频器(工变频手动切换)原理框图至作电机滤波道变模块盲接串联快谏制动型高压变频器用于原理框图 K本本政本本K 本收本本长本以本流回馈滤波模块盲接串联能量回馈型高压变频器原理框图乐云 7 K本本 CY 计+ 士蕈流逆变具备功率因数校正电路的直接串联高压变频器主电路图前面已讨论多电平、名重化的优点,而现代控制技术的发展水平,产生的电压波形能基本消除低次谐波,二电平比三电平整体效果更好,与多重化相差不大,在低频段波形优于多电平和多重化。同时多电平、多重化带来的问题与直接串联比是相当多的。静、动态性能直接串联二电平可以像低压变频器一样加直流制动电路或能量回馈,其动态性能也可以像低压变频器一样优越,其电路仍很简单。这对于多电平,特别是多重化并不容易。使它只能用于一些调速要求不高的场合。为此, 元件直接串联高压变频器(通用高压变频器)应用了佳灵的核心技术。直接速度控制()对交流传动来说是一个最优的电机控制方法,它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制。不需在电动机转轴上安装脉冲编码器来反馈转子位置信号而具有精确的速度和转矩的控制技术。极其关键的是控制中不受定子温度和转子温度变化引起对电机参数变化的影响(矢量控制受定子温度影响变差,直接转矩控制受转子温度影响变差)。开发出交流传动中前所未有的能力并给所有的应用提供了优秀服务直接速度控制,是交流传动领域电机控制方式的一次革命,它从零速开始不使用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。在零速度时能产生满载转矩。在中,定子磁通、转子磁场和转速被作为主要的控制变量。以滑差为误差,以转矩为调节量,以鲁棒性设计控制,确保稳定性和可靠性。髙速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新万次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新,逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着变频器可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电、网压波动等动态变化做出快速响应。在中不需要对电压,频率分别控制的调制器。开环动态速度控制精度可以达到闭环磁通矢量控制的精度。静态速度控制精度为标称速度的 (50Hz~2Hz),它满足了绝大多数的工业应用。当要求更精确的速度调节时,可以加装脉冲编码器可选件。的开环转矩阶跃上升时间小于毫秒,而不带速度传感器的磁通矢量控制变频器的开环转矩阶跃上升时间却多于亳秒,与直接转矩控制同等,转矩脉动比直接转矩控制优变频器其优良的鲁棒性,即可靠性稳定性是无与伦比的复杂程度相比较,三电平要多个快速二极管,五电平就更多了。多电平每个开关都要独立控制;多重化每个单元上的个开关器件都要独立控制,并且都存在必须要仔笨重复杂成本高自损大的输入变压器元件直接串联无输入变压器组成的同一组件都只需一个开关量控制。当然其高效性和可靠性从原理上讲就高许多。节能效果多重化为得到若干组不同的独立电压,变压器采用延边三角形法,很难得到三相平衡的移相电压。这必然形成环流,增大铜、铁损耗,并且负载变化不大,而数百个变压器的内外接头也将增大损耗,降低可靠性。输入变压器,降低了效率。应用变频器是为了获取节能产生经济效益为主要目的。元件直接串联高压变频器在同等工况多节能以上,在更高效的节能设备运用若干年后产生的效益,也是很可观的。的高压变频器为例,仅变压器的自损耗一年就达天×××元元。输入输出谐波含量符合国家标准多重化被称为“完美无谐波”,是外国某公司营销技术名词,以为中国人对交频技术的不了解用输入端满载谐波含量作误导宣传,以概念混淆,偷梁换柱的说法。事实上,变频器产生的谐波应严格分为两个部份即:输入端谐波含量指标,指对电网产生的骚扰作用。输出端谐波含量指标, 指对电动机产生的运转脉动性、温升、绝缘老化、升化轴承疲劳的副作用。实际上人们都知道变压器本身在作隔离功能的同时将产生新的谐波源,就完全正弦的工频变压器都存在的励磁诸波,那整流叠加的的变压器怎能““完美”“无”谐波”。谐波还是有的,可说:输入端谐波含量低,符合标准。事实上“ ,电能质量,公用电网诸波”和高压变频器标准中的输入谐波含量指标许多高压变频都可达标到。单元串联多重化是在输出端建立在方波的基础上, 变频器在额定频率,额定重负载时其波形较好,谐波含量较低。在低频段或轻负载时波形畸变大, 输出三相电压非对称性频摆加大,电机磁链脉动増大,电机中性点与变频器中性点出现电位差,谐波剧增。变频器往往是用于低于工频下作节能运行的,这对电机寿命是极为不利的。外国某公司高压变频器在中国的初期应用中都须更换由他们生产的专用电机。现在随着中国高压变频器的市场转向用户定向国产化竞争机制,在电机寿命用户*认识条件下,也就不更换专用电机了。这表明单元串联多重化变频器的输出谐波严重性。三电平在输出电压较低时,实际上也相当于二电平的电压波形,其次谐波含量仍很高,谐波电流仍很大。若不加滤波器还只能用供应商的专用电动机,且其输出电压只能达实际上是在后面加上了升压变压器才能达到。直接串联高压变频器在输入端加了果用无源校正技术,这种技术能对基波进行相移补偿或抑制某些指定的谐波。具体方法是在输入端增加无源元件,以补偿滤波电容的输入电流。在输入回路中串入电感器,以限制输入电流的上升速度,延长整流管导通时间,功率因数可以提高到以上。谐波都被转移到调制频率附近。使得输入端谐波含量指标完全符合国家标准。在输出端采用了电压正弦波整形器,将高压变频器输出的电压波形整形为和电网电压一样的标准正弦电压波形。无论变频器工作在高频段还是低频段和电机负载工作在重载或轻载条件中时波形都不变。并在输出端设有获得世界的“抗共模专利”技术的共模电压治理器。成为惟有一种解决了高压问题的高压变频器。其输出端谐波含量指标完全符合国际标准。世界惟一能用于任何电机负载性质的通用高压变频器高效系列高压变频器由于无输入、无输出主变压器和内含国际技术水平的高度,是在目前的高压交频器中一种无以伦比合理的高效、高质量性价比产品。其通用性: 用于风机、水泵变工况调速节能应用; 用于位势负载应用。例如起重机,提升机,电梯、皮带机等; 用于对转角,位移做精确控制。如轧机用于恒转矩的通用机械传动系统; 7、佳灵高压变频器一无已论比的通用性通用高压变频器比其它内含输入变压器的高压变频器多节能电动机风机、水泵高性能运行,更能多节电 ;适用于高压电机负载风机、 $世界先进水平的直接速度控制(),负载力矩自动跟踪优化磁通力矩,使水泵的流量、压力的智能控制并获得高效节能或机械高性能传动的工艺调速与自动控制 $先进的高压同步电机无传感器的开环速度、励磁、电压同步控制,实现变频调速节能 $独到的高压电杋绞车提升机轧机等有机械惯量的能耗制动或四象限运行输入、输出电气指标符合标准 $唯独具有的多台高压电机共直流母线制动与更加的节能效果 $输出电压正弦波,电机不受绝缘伤害,电缆长度不受限制多年专业化变频器研发、生产实力与质量管理体系

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