高壓變頻器結構原理復習過程

1、高壓變頻器結構原理第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.1高壓變頻器分類高壓變頻器分類 按照我國電壓的劃分：低于按照我國電壓的劃分：低于1kV，稱為低壓；大于，稱為低壓；大于lkV、小于小于10kV,稱為中壓，稱為中壓，10kV以上，稱為高壓。以上，稱為高壓。 我國在工、民、建等方面常用的電壓等級為：我國在工、民、建等方面常用的電壓等級為： 220V、380V、3KV、6KV、10KV； 在煤炭、石油、各種礦床的開采業(yè)中，除了上述電壓等級在煤炭、石油、各種礦床的開采業(yè)中，除了上述電壓等級之外，還有如下電壓等級：之外，還有如下電壓等級： 550V、690V（660V）、）、850V、

2、1140V、1700V. 變頻器在不同的應用領域，也就具有不同的電壓等級。變頻器在不同的應用領域，也就具有不同的電壓等級。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 我們習慣上把額定電壓為我們習慣上把額定電壓為6kV或或3kV的電動機稱為的電動機稱為“高高壓電動機壓電動機”。 在變頻器的結構上，當電壓超過了在變頻器的結構上，當電壓超過了3KV，因為受功率器，因為受功率器件的耐壓限制，不得不通過器件的串聯(lián)等手段來應對高電件的耐壓限制，不得不通過器件的串聯(lián)等手段來應對高電壓，所以壓，所以3KVlOkV的變頻器在結構上就沒有本質區(qū)別，的變頻器在結構上就沒有本質區(qū)別，人們習慣上將它們就統(tǒng)稱為高壓變頻

3、器。人們習慣上將它們就統(tǒng)稱為高壓變頻器。 高壓變頻器為了解決耐壓問題，提出了很多解決方案，使高壓變頻器為了解決耐壓問題，提出了很多解決方案，使主電路有多種拓補結構。人們以拓補結構來命名變頻器的主電路有多種拓補結構。人們以拓補結構來命名變頻器的名稱（如三電平、功率單元串聯(lián)、直接串聯(lián)等）。名稱（如三電平、功率單元串聯(lián)、直接串聯(lián)等）。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.2 功率單元串聯(lián)高壓變頻器功率單元串聯(lián)高壓變頻器2.2.1 移相變壓器移相變壓器1.輸出繞組采用輸出繞組采用延邊三角型延邊三角型連接，使每組的相角不同，連接，使每組的相角不同，使不連續(xù)的整使不連續(xù)的整流電流互補，連續(xù)起來

4、流電流互補，連續(xù)起來。解決整流造成的傳導干擾問題。解決整流造成的傳導干擾問題。2. 輸出多組低電壓供功率單元串聯(lián)，解決管子耐壓不夠問題。輸出多組低電壓供功率單元串聯(lián)，解決管子耐壓不夠問題。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析3. 延邊變壓器原理延邊變壓器原理將二次繞組先作三角型聯(lián)接，然后在每個輸出端串聯(lián)上一個繞組，上將二次繞組先作三角型聯(lián)接，然后在每個輸出端串聯(lián)上一個繞組，上圖為逆延聯(lián)接，串聯(lián)繞組和三角型聯(lián)接繞組同相位（見圖圖為逆延聯(lián)接，串聯(lián)繞組和三角型聯(lián)接繞組同相位（見圖Ua1、Ua2）。）。由圖可見，由圖可見，改變串聯(lián)繞組改變串聯(lián)繞組和三角型聯(lián)接繞組和三角型聯(lián)接繞組電壓的大小，可改

5、變電壓的大小，可改變的大的大小。通過逆延或順延的聯(lián)接方法，可得到小。通過逆延或順延的聯(lián)接方法，可得到 相移。相移。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 多移相繞組反射到初級的電流波形多移相繞組反射到初級的電流波形第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.2.2 功率單元串聯(lián)功率單元串聯(lián) 為了解決輸出高壓問題，將多個功率單元串聯(lián)，根據(jù)不同為了解決輸出高壓問題，將多個功率單元串聯(lián)，根據(jù)不同輸出電壓的要求，選擇串聯(lián)的級數(shù)。該變頻器由輸出電壓的要求，選擇串聯(lián)的級數(shù)。該變頻器由5個耐壓個耐壓為為690V的功率單元組成的功率單元組成6KV變頻器，相電壓為變頻器，相電壓為690V5=3450

6、V，線電壓為：，線電壓為： KVUU632.7134503相線第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.2.3 功率單元和旁路電路功率單元和旁路電路 功率單元為三相輸入、單相輸出的交功率單元為三相輸入、單相輸出的交直直交交PWM型變型變頻結構。將相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成頻結構。將相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y聯(lián)結聯(lián)結結構，實現(xiàn)變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。結構，實現(xiàn)變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。 旁路電路是當功率單元失效后，自動將其短路，保證變頻旁路電路是當功率單元失效后，自動將其短路，保證變頻器不間斷工作。器不間斷工作。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主

7、電路分析 采用功率單元串聯(lián)的形式，因為每個單元上加的采用功率單元串聯(lián)的形式，因為每個單元上加的是自己的一組電壓，當工作中出現(xiàn)了開通延時，是自己的一組電壓，當工作中出現(xiàn)了開通延時，也不會出現(xiàn)過壓問題，這是該電路的特點之一。也不會出現(xiàn)過壓問題，這是該電路的特點之一。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 1.功率單元工作原理功率單元工作原理 1）整流）整流 將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程叫做整流。將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程叫做整流。VD1VD6整流整流二極管，完成將交流電整成直流電的工作。二極管，完成將交流電整成直流電的工作。 整流原理：整流原理：第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析2）整流

8、波形圖）整流波形圖結論：結論：a.相電流不連續(xù)相電流不連續(xù)b.整流電壓最大值為整流電壓最大值為c.每個周期有每個周期有6個波峰，電壓較平滑。個波峰，電壓較平滑。d.整流電流不連續(xù)，本機通過移相整流來解決，其他機型通過星、整流電流不連續(xù)，本機通過移相整流來解決，其他機型通過星、角聯(lián)接、加入電抗器的方法等來消除。角聯(lián)接、加入電抗器的方法等來消除。線U2第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析3）開關電路）開關電路T1和和T2、T3和和T4交替工作，當交替工作，當T1導通時，導通時，T4導通；當導通；當T3導通導通時，時，T2導通。如果該單元出現(xiàn)了問題，晶閘管導通。如果該單元出現(xiàn)了問題，晶閘管T

9、導通，導通，L1、L2兩兩端短路。該單元被旁路。端短路。該單元被旁路。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.2.4 輸出波形輸出波形 逆變器輸出采用多電平移相式逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，同一相的功率技術，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各功率單元單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各功率單元的載波之間互相錯開一定角度，實現(xiàn)多電平的載波之間互相錯開一定角度，實現(xiàn)多電平PWM，輸出，輸出電壓非常接近正弦波（輸出電壓非常接近正弦波（輸出PWM波如圖所示）。波如圖所示）。 該變頻器由于輸入輸出波形好，被人們稱為該變頻器由于輸入輸出波形好，被人們稱為“完美

10、無諧波完美無諧波變頻器變頻器”，有的資料中也稱為綠色變頻器，有的資料中也稱為綠色變頻器。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 該變頻器由于采用了低壓該變頻器由于采用了低壓IGBT，成本較低。，成本較低。6000V變變頻器要用頻器要用90只二極管，只二極管，60只只IGBT，設備體積大。，設備體積大。 該變頻器因為用二極管整流，不能該變頻器因為用二極管整流，不能4象限運行，只能用在象限運行，只能用在風機、水泵等簡單負載。風機、水泵等簡單負載。 如果整流部分采用回饋整流電路，可以用于軋鋼升降等具如果整流部分采用回饋整流電路，可以用于軋鋼升降等具有回饋電能的場合，但成本大大增加。有回饋電能的

11、場合，但成本大大增加。 該變頻器由美國羅賓康公司研制，因為只申請了美國專利，該變頻器由美國羅賓康公司研制，因為只申請了美國專利，技術已經(jīng)公開，我國利德華福、北京合康、山東風光、英技術已經(jīng)公開，我國利德華福、北京合康、山東風光、英威騰等很多廠家都在生產(chǎn)。威騰等很多廠家都在生產(chǎn)。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.2.5 具有回饋功能的功率單元串聯(lián)高壓變頻器具有回饋功能的功率單元串聯(lián)高壓變頻器 1.電路電路 為了電能回饋，整流電路由三相變?yōu)閱蜗?，變壓器的結構為了電能回饋，整流電路由三相變?yōu)閱蜗?，變壓器的結構簡化?；仞侂娐凡捎煤湍孀冸娐废嗤慕Y構，并在輸入端簡化?；仞侂娐凡捎煤湍孀冸娐?/p>

12、相同的結構，并在輸入端串入儲能電感串入儲能電感L。 該回饋電路在整流過程中，采用該回饋電路在整流過程中，采用PWM整流方式，可以使整流方式，可以使輸入電流連續(xù)，消除對電網(wǎng)的傳導干擾。因此，變壓器可輸入電流連續(xù)，消除對電網(wǎng)的傳導干擾。因此，變壓器可以不用移相結構。以不用移相結構。 功率單元功率單元第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2. 連接連接 連接電路如下圖，由圖中可見，加在每個單元上的電壓為連接電路如下圖，由圖中可見，加在每個單元上的電壓為單相，變壓器不強調繞組移相。單相，變壓器不強調繞組移相。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 3. 應用應用 該變頻器通過增加回饋功能

13、，可以四象限運行，適應工作該變頻器通過增加回饋功能，可以四象限運行，適應工作在具有大量回饋電能的場合。但通過增加回饋功能，又抵在具有大量回饋電能的場合。但通過增加回饋功能，又抵消了原來變頻器的優(yōu)點，所以該變頻器一般應用在沒有回消了原來變頻器的優(yōu)點，所以該變頻器一般應用在沒有回饋電能的場合。饋電能的場合。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.2.5 變頻器的應用范圍變頻器的應用范圍 在沒有回饋電路情況下，即不能在沒有回饋電路情況下，即不能4象限工作。當產(chǎn)生小能象限工作。當產(chǎn)生小能量的回饋電能時，可以采用制動電阻來處理。該變頻器主量的回饋電能時，可以采用制動電阻來處理。該變頻器主要用途

14、：要用途： 火力發(fā)電：火力發(fā)電：引風機、送風機、吸塵風機、壓縮機、排污泵、引風機、送風機、吸塵風機、壓縮機、排污泵、鍋爐給水泵、灰漿泵等；鍋爐給水泵、灰漿泵等；冶金行業(yè)：冶金行業(yè)：引風機、吸塵風機、通風風機、泥漿泵、除垢引風機、吸塵風機、通風風機、泥漿泵、除垢泵等；泵等；石油化工石油化工：主管道泵、注水泵、鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、：主管道泵、注水泵、鍋爐給水泵、循環(huán)水泵、潛油泵、鹵水泵、引風機、氣體壓縮機、混合器、擠壓器潛油泵、鹵水泵、引風機、氣體壓縮機、混合器、擠壓器等；等；第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 水泥制造：水泥制造：窯爐引風機、生料研磨引風機、壓力送風機、窯爐引風機、生

15、料研磨引風機、壓力送風機、主吸塵風機、冷卻器吸塵風機、冷卻器排風機、預熱塔風主吸塵風機、冷卻器吸塵風機、冷卻器排風機、預熱塔風機、分選器風機、窯爐供氣風機、高溫風機、尾排風機等；機、分選器風機、窯爐供氣風機、高溫風機、尾排風機等；市政供水、污水處理市政供水、污水處理：污水泵、清水泵、凈化泵、生物粗：污水泵、清水泵、凈化泵、生物粗處理塔泵等；處理塔泵等；采礦行業(yè)：礦井的排水泵和排風扇、介質泵等；采礦行業(yè)：礦井的排水泵和排風扇、介質泵等；造紙造紙：打漿機等；：打漿機等；制藥：制藥：清洗泵等；清洗泵等；其他：其他：傳動機械裝置、風力渦輪機、風洞試驗等。傳動機械裝置、風力渦輪機、風洞試驗等。 因該變頻

16、器的研制出發(fā)點就是風機和水泵的節(jié)能應用，又因該變頻器的研制出發(fā)點就是風機和水泵的節(jié)能應用，又因為風機和水泵的擁有量大、用電量大，所以該變頻器用因為風機和水泵的擁有量大、用電量大，所以該變頻器用量非常大，量非常大，是高壓變頻器的主導機型是高壓變頻器的主導機型。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.2.6 變頻器故障變頻器故障 1. 設備故障設備故障 （1）因該變頻器采用移相變壓器和功率單元組成，移相）因該變頻器采用移相變壓器和功率單元組成，移相變壓器故障率很低，功率單元內包含了整流、逆變等功率變壓器故障率很低，功率單元內包含了整流、逆變等功率電路，較易損壞。電路，較易損壞。 （2）損

17、壞功率單元的原因有器件內部質量和外部過流，）損壞功率單元的原因有器件內部質量和外部過流，因內部質量原因一般偶爾一塊損壞，外部過流主要為電動因內部質量原因一般偶爾一塊損壞，外部過流主要為電動機短路，可能有多快單元損壞。機短路，可能有多快單元損壞。 （3）如果因內部質量原因偶爾損壞一塊功率單元，可以）如果因內部質量原因偶爾損壞一塊功率單元，可以暫時不停機維修，如果因電動機短路造成多單元損壞，必暫時不停機維修，如果因電動機短路造成多單元損壞，必須停機。須停機。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析 2.外部報警跳閘外部報警跳閘 外部報警跳閘一般有：過流、過載、過壓、過熱、夏天雷外部報警跳閘一般有：過流、過載、過壓、過熱、夏天雷電跳閘等。當出現(xiàn)了跳閘，要分析原因，及時處理。電跳閘等。當出現(xiàn)了跳閘，要分析原因，及時處理。第第2章章 變頻器主電路分析變頻器主電路分析2.2.7 功率單元測量維修功率單元測量維修1. 整流電路的測量整流電路的測量1）萬用表選用）萬用表選