高中壓變頻器市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、第5章 高（中）壓變頻器 5.1 高（中）壓變頻器概述 5.1.1 高（中）壓變頻器分類 高（中）壓變頻器按主電路結(jié)構方式分為交-交方式和交-直-交方式。 5.1.2 高（中）壓變頻調(diào)速系統(tǒng)基本形式 （1）直接高-高型 直接高-高型（也有稱為直接中-中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)電路結(jié)構如圖5-2所表示。 圖5-2 直接高-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器原理與應用(第2版）第5章第1頁 （2）高-中型 高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)電路結(jié)構如圖5-3所表示。 圖5-3 高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng) （3）高-低-高型 高-低-高型（有也稱為中-低-中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)電路結(jié)構如圖5-4所表示。 圖5-4 高-低-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻

2、器原理與應用(第2版）第5章第2頁5.1.3 高（中）壓變頻器應用 1拖動風機或水泵 2壓縮機、鼓風機、軋機或其它工作機械 (1) 可準確地調(diào)整速度或流量，確保工藝質(zhì)量。 (2) 可直接與工作機械耦合，省去減速機等中間機械步驟，降低投資和中間費用。 (3) 可接收計算機或PLC模擬或數(shù)字信號，進行實時控制，且控制性能優(yōu)越。 3要求起動性能好機械 實現(xiàn)“軟”起動。電機速度從零開始起動：可使電機電流限制在要求值以下(普通在額定電流1.52倍以內(nèi))，以選定加速度平穩(wěn)升速，直到指定速度。 變頻器原理與應用(第2版）第5章第3頁5.1.4 高（中）壓變頻器技術要求 1. 可靠性要求高 2. 對電網(wǎng)電壓波

3、動容忍度大 3. 降低諧波對電網(wǎng)影響 4. 改進功率因數(shù) 5. 抑制輸出諧波成份 6. 抑制共模電壓和dudt影響 變頻器原理與應用(第2版）第5章第4頁5.2 高（中）壓變頻器主電路結(jié)構 5.2.1 晶閘管電流型變頻器 圖5-5 晶閘管電流型變頻器主電路 變頻器原理與應用(第2版）第5章第5頁 晶閘管電流型變頻器采取晶閘管三相橋式整流電路將交流變?yōu)橹绷?，然后再?jīng)晶閘管三相橋式逆變電路將直流變?yōu)轭l率可調(diào)交流，將其輸出以控制電機運行和調(diào)速。因為在它直流母線上串聯(lián)有平波電抗器，所以該變頻器稱為電流型變頻器。變頻器原理與應用(第2版）第5章第6頁5.2.2 GTO電流型變頻器 GTO電流型變頻器主電

4、路如圖5-6所表示。 圖5-6 GTO電流型變頻器主電路變頻器原理與應用(第2版）第5章第7頁 圖5-6電路中，變壓器二次繞組采取Y和不一樣聯(lián)結(jié)組別，是為了取得互差60六相電壓，既能夠降低整流后電壓紋波，也能夠降低電網(wǎng)諧波。整流部分采取SCR器件，逆變部分采取了可關斷晶閘管GTO，開關頻率為180Hz。電路能夠說是電流源和PWM技術結(jié)合(簡稱“CSI-PWM技術”)。因為采取脈寬調(diào)制方式，輸出諧波降低，濾波器可大大減小，但不能省去。實際使用中常加電容濾波器，為預防電容與電動機電感在換向過程中產(chǎn)生諧振，其數(shù)值需仔細選擇。變頻器原理與應用(第2版）第5章第8頁5.2.3 1GBT并聯(lián)多重化PWM電

5、壓型變頻器圖5-7所表示為并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器電路圖。 圖5-7 并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器主電路變頻器原理與應用(第2版）第5章第9頁 圖5-7 采取二極管組成二組三相橋式整流電路，按12脈波組態(tài)，輸出為二重式，每組由六個IGBT組成一個橋式逆變單元。輸出濾波器用來去除PWM調(diào)制波中高頻成份并降低dudt、didt影響，因為頻率高，濾波器體積很小。變頻器原理與應用(第2版）第5章第10頁5.2.4 三電平高（中）壓變頻器 IGBT三電平高壓變頻器主電路如圖5-8所表示。圖5-8 IGBT三電平高（中）壓變頻器主電路 變頻器原理與應用(第2版）第5章第11頁 圖5-8中，變頻器整流部

6、分由兩個三相橋電路串聯(lián)，輸出12脈波直流電壓，大大降低了電網(wǎng)側(cè)諧波成份。同時，直流側(cè)采取兩個相同電解電容串聯(lián)濾波，在中間連接處引出一條線與逆變電路中鉗位二極管相接，若將該節(jié)點視為參考點（電壓為零），則加到逆變器電平有三個：Ud、0、-Ud。所以逆變器部分是由IGBT和箝位二極管組成三電平電壓型逆變器。變頻器原理與應用(第2版）第5章第12頁 變頻器原理與應用(第2版）第5章第13頁 圖5-10所表示為三電平變頻器輸出相電壓、相電流波形。圖中階梯形PWM波為電壓波形，近似正弦波為電流波形(Ud為峰值電壓)。這種變頻器輸出線電壓有5個電平，輸出諧波小，du/dt小，使電動機電流波形失真度從17%降

7、低為2%左右。 圖5-10 三電平變頻器輸出電壓、電流波形變頻器原理與應用(第2版）第5章第14頁5.2.5 五電平高（中）壓變頻器 圖5-11為五電平逆變器主電路，其工作原理與三電平逆變器相同. 圖5-11 五電平逆變器主電路 變頻器原理與應用(第2版）第5章第15頁 這種結(jié)構優(yōu)點是：在器件耐壓相同條件下，能輸出更高交流電壓，適合制造更高電壓等級變頻器。缺點是：用單個逆變器難以控制有功功率傳遞，存在電容電壓均壓問題。 變頻器原理與應用(第2版）第5章第16頁5.2.6 IGBT功率單元多級串聯(lián)電壓型變頻器 圖5-13 山東風光JD-BP37系列高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構 變頻器原理與應用(第2版）第

8、5章第17頁 多級串聯(lián)高（中）壓變頻器采取多級小功率低電壓IGBTPWM變頻單元，分別進行整流、濾波、逆變，將其串聯(lián)疊加起來得到高壓三相變頻輸出。比如，對于6kV輸出，每相采取6組低壓IGBT功率單元，每個功率單元由一體化輸入隔離變壓器二次側(cè)繞組分別供電，二次繞組采取延邊三角形接法，18個二次繞組分成三個位組，互差20，實現(xiàn)輸入多重化接法，可消除各功率單元產(chǎn)生諧波。電源側(cè)電壓畸變率小于1.2，電流畸變率小于0.8，所以變頻器對電網(wǎng)污染小。變頻器原理與應用(第2版）第5章第18頁53 高壓變頻器對電動機影響及防治辦法 在高壓變頻器中，對電動機影響起決定作用是逆變器電路結(jié)構和控制特征，逆變器主要經(jīng)

9、過輸出諧波、輸出電壓改變率dudt和共模電壓來影響電動機絕緣和使用壽命，這些原因產(chǎn)生影響如表5-4所表示。 變頻器原理與應用(第2版）第5章第19頁5.3.1 輸出諧波對電動機影響及防治辦法 輸出諧波對電動機影響主要有諧波引發(fā)電動機溫升過高、轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲增加，經(jīng)常采取防治辦法普通有兩種：一是設置輸出濾波器；二是改變逆變器結(jié)構或聯(lián)接形式，以降低輸出諧波。使其作用到電機上輸出波形靠近正弦波。變頻器原理與應用(第2版）第5章第20頁5.3.2 輸出電壓改變率對電動機影響及防治辦法 對于電壓型變頻器，當輸出電壓改變率(dudt)比較高時，會加速了電動機絕緣老化。尤其是當變頻器與電動機之間電纜距離比較

10、長時電纜上分布電感和分布電容所產(chǎn)生行波反射放大作用增大到一定程度，有時會擊穿電動機絕緣。經(jīng)常采取防治辦法普通有兩種：一是設置輸出電壓濾波器：二是降低輸出電壓改變率。降低輸出電壓改變率主要方法也有兩種：一是降低輸出電壓每個臺階幅值；二是降低逆變器功率器件開關速度。在相同額定輸出電壓情況下，逆變輸出電平數(shù)越多，輸出電壓改變率就越低，通常是傳統(tǒng)雙電平輸出電壓改變率1/(m-1)倍，其中m是電平數(shù)目。 變頻器原理與應用(第2版）第5章第21頁5.3.3 共模電壓對電動機影響及防治辦法 電動機定子繞組中心點和地之間電壓UN-G稱為共模電壓(或稱零序電壓)。 當沒有輸入變壓器時共模電壓會直接施加到電動機上

11、，造成電動機繞組絕緣擊穿，影響電動機使用壽命。當共模電壓對地產(chǎn)生高頻漏電流經(jīng)過電動機軸承入地時，還會出現(xiàn)“電蝕”軸承現(xiàn)象，降低軸承使用壽命。經(jīng)常采取防治辦法是設置二次側(cè)中點不接地輸入變壓器，由輸入變壓器和電動機共同來負擔共模電壓。普通情況下，輸入是110，那么約有90共模電壓由輸入變壓器來負擔。所以，對于電流型變頻器，電動機絕緣一定要足夠強，不然輕易發(fā)生因絕緣被擊穿而燒毀輸入變壓器或電動機后果。變頻器原理與應用(第2版）第5章第22頁本 章 小 結(jié) 高（中）壓變頻器通常指電壓等級在1kV以上大容量變頻器。高（中）壓變頻器按主電路結(jié)構方式分為交-交方式和交-直-交方式。 高（中）壓變頻調(diào)速系統(tǒng)基本型式有直接高-高