变频器应用技术

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任务一 变频器的主电路形式
阶段五 直接高进高出电路形式
HV IGBT 串联直接高压二电平方式的SPWM 变频器效率超过 96%，功率因数大于0 95，谐波符合IEEE 519—1992标准(美国电 气和电子工程师协会的文件)和GB 14549—1993标准(电能质量公用电 网谐波标准)要求。其技术特点为：无输入、输出变压器，IGBT串联直 接高压二电平方式，器件使用数量最少，电路简单，占地面积很小， 造价低，可靠性高。当电动机功率大于1 200kW时，建议选用具有12 脉冲输入变压器的电路形式。
变频器技术及应用
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变频器应用技术
任务一 变频器的主电路形式 任务二 变频器的控制形式及特性分析 任务三 正确选择变频器的载波频率 任务四 解决变频器节能运行时的几个问题 任务五 功率模块IGBT、IPM的性能及 使用时的有关问题
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第五章 变频器应用技术
任务六 变频器的选用 任务七 变频器可选用的外置单元 任务八 变频器的保护
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任务一 变频器的主电路形式
阶段二 二电平电路形式
1.高—低—低方案(见图) 高—低—低方案可采用通用的低压变频器，易于改造现有设备，可靠 性高，造价低，但降压变压器要特殊设计。
2.高—低—高方案(见图) 高—低—低方案投资高，效率低，占地多，升压变压器要特殊设计。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段二 二电平电路形式
3.高—低—低方案或高—低—高方案 高—低—低方案或高—低—高方案在对现有设备采用变频器进行技 术改造时，而且在资金受到一定制约的条件下，也是较合适的方法。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段三 三电平电路形式
当电压源型变频器输出电压为1~6kV时，为避免整流及逆变器件串联 引起的动态均压，降低输出的谐波分量，可采用三电平电路形式，也称中 心点钳位(NPC)方式(见图5 4)。其整流电路一般是12 脉冲，如要求更高 时，还可用18 脉冲、24 脉冲，甚至30 脉冲。这时输入整流变压器的二 次侧分别是2个、3个、4个、5个绕组，但以12 脉冲为多数。该电路适用 不大于6kV 的输出电压。若采用对称的PWM 整流电路，可实现四象限运 转。其技术特点为：采用三电平PWM 控制输出谐波较低，比较经济实用， 占地面积小，可选用HV IGBT 或IGCT，以减少元器件的数量，不需要用 常规的串、并联方式来提高电压、增大电流，进一步提高了可靠性。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段三 三电平电路形式
图为采用高压IGBT 的三电平高压变频调速系统
10Hale Waihona Puke 任务一 变频器的主电路形式
阶段四 多电平电路形式
当高压变频器输出电压为6～10kV 时，一般采用多电平电路形式 (CMSL)。多电平电路形式是由若干个低压PWM变频功率单元，以输出 电压串联方式，功率单元为三相输入、单相输出(见图)
第五章 变频器应用技术
学习重点
通过本项目的学习，让学生学习变频器主电路形式的原理、技 术特点、众多变频器的控制形式及特性、正确选择载波频率值的方 法，掌握常见功率模块的性能及使用时的有关问题、变频器的选择 方法和变频器的保护方法。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段一 概述
众所周知，不论是低压变频器(≤500V)还是高压变频器 (5~10kV)，其主电路多数属于电压源型(VSI)的交—直—交结构形 式。原因是它与电流源型(CSI)相比具有运行稳定、调速范围宽、 输出波形好、输入电流谐波含量低、功率因数高、效率高、电路简 单、适应性好等优点，故应用十分广泛。一般据输出电压的高低、 电动机功率的大小、谐波分量的要求、输出波形的平滑性的要求、 设备成本的大小、系统设备占地面积、使用器件的耐压允许值、使 用的可靠性、使用设备的特性及技术要求等不同，变频器的主电路 形式主要有二电平电路形式、三电平电路形式和多电平电路形式等。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段四 多电平电路形式
来实现直接高压输出的方法(见图）。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段四 多电平电路形式
多电平电路的变压器的二次绕组个数应与三相功率单元数相等，而 且二次绕组采用多重化的移相方法，因此对电网谐波污染最小时约为1%， 功率因数大于0.95，其综合性能优于三电平电路结构，载波频率高达 6kHz，但只能二象限运行。其技术特点为：采用多重化脉宽调制技术， 输出谐波最小，消除了谐波引起的转矩脉动，电动机的发热及噪声大大 减小，可使用普通电动机。但使用器件数量大大增加，主变压器结构复 杂，成本高，投资大。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段六 电流源型高压变频器
图为电流源型(CSI)高压变频器
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任务一 变频器的主电路形式
阶段二 二电平电路形式
国内外所有品牌的低压变频器几乎都是二电平6 脉冲主电路结构形 式(见图)。因输入电压较低，功率较小(≤200kW)，电网电压可直接进 入整流环节。我国设计规范规定，当电动机功率大于200kW 时，宜采 用高压供电方式，当今低压大容量变频器已达1 500kW，因此，当电动 机功率大于200kW 而又采用高压供电方式时，一般采用以下两种方案。
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任务一 变频器的主电路形式
阶段五 直接高进高出电路形式
图为HV IGBT 串联直接高压二电平电路
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任务一 变频器的主电路形式
阶段六 电流源型高压变频器
美国罗克韦尔公司一直采用电流源型(CSI)高压变频器(见图)。其 早期的1557 型变频器采用高—高电路形式，是交—交变换，以前选 用SCR或GTO作逆变器件。近年来开发的POWER Flex 7000 系列变 频器则选用最先进的高压大功率器件SGCT(对称门极换流晶闸管)，具 有IGCT 所有的优点并可阻断双方向的电压，进一步减少使用器件的数 量，适用于5~6kV输出电压。其技术特点为：系统结构简单，可靠性 高，输入波形好，具有自整定程序控制(ASTC)，可选谐波抑制(SHE)， 输出频率为0~75Hz，具有正弦电压电流输出波形，矢量控制，效率 大于98%。按功率大小不同有6 脉冲、18 脉冲整流器及PWM 整流器 3种类型，如图所示。