PDF《高压变频器及其应用》

高压变频器及其应用 本内容摘自机械工业出版社出版的《通用变频器及其应用》第2版,经原书第

6 章 高压变频器 作者竺伟重新编辑,供大家参考.

引言 随着电气传动技术,尤其是变频调速技术的发展,作为大容量传动的高压变频调 速技术也得到了广泛的应用.高压电机利用高压变频器可以实现无级调速,满足生产 工艺过程对电机调速控制的要求,以提高产品的产量和质量,又可大幅度节约能源, 降低生产成本.近年来,各种高压变频器不断出现,高压变频器到目前为止还没有像 低压变频器那样近乎统一的拓扑结构.根据高压组成方式可分为直接高压型和高-低- 高型,根据有无中间直流环节来分,可以分为交-交变频器和交-直-交变频器,在交- 直-交变频器中,按中间直流滤波环节的不同,可分为电压源型和电流源型.高-低-高 型变频器采用变压器实行输入降压,输出升压的方式,其实质上还是低压变频器,只 不过从电网和电机两端来看是高压的,是受到功率器件电压等级技术条件的限制而采 取的变通办法,需要输入,输出变压器,存在中间低压环节电流大,效率低下,可靠 性下降,占地面积大等缺点,只用于一些小容量高压电机的简单调速.常规的交-交变 频器由于受到输出最高频率的限制,只用在一些低速,大容量的特殊场合.直接高压 交-直-交变频器直接高压输出,无需输出变压器,效率高,输出频率范围宽,应用较 为广泛.我们将对目前使用较为广泛的几种直接高压输出交-直-交型变频器及其派生 方案进行分析,指出各自的优缺点.评价高压变频器的指标主要有:成本,可靠性, 对电网的谐波污染,输入功率因数,输出谐波,dv/dt,共模电压,系统效率,能否四 象限运行等.顺便指出,我们习惯称作的高压变频器,实际上电压一般为 2.3-10KV, 国内主要为 3KV,6KV 和10KV,和电网电压相比,只能算作中压,故国外常成为 Medium Voltage Drive. 高压变频器正向着高可靠性,低成本,高输入功率因数,高效率,低输入输出谐 波,低共模电压,低dv/dt 等方向发展.电流源型变频器技术成熟,且可四象限运 行,但由于高压时器件串联的均压问题,输入谐波对电网的影响和输出谐波对电机的 影响等问题,使其应用受到限制.对风机和水泵等一般不要求四象限运行的设备,单 元串联多电平 PWM 电压源型变频器在输入,输出谐波,效率和输入功率因数等方面有 明显的优势,具有较大的应用前景.对于轧机,卷扬机等要求四象限运行和动态性能 较高的场合,双PWM 结构的三电平电压源型变频器会得到广泛的应用.

1 电流源型变频器 电流源型变频器(CSI:Current Source Inverter)采用大电感作为中间直流 滤波环节.整流电路一般采用晶闸管作为功率器件,少数也有采用 GTO 的,主要目的 是采取电流 PWM 控制,以改善输入电流波形.逆变部分一般采用晶闸管或 GTO 作为功 率器件.由于存在着大的平波电抗器和快速电流调节器,所以过电流保护比较容易. 当逆变侧出现短路等故障时,由于电抗器存在,电流不会突变,而电流调节器则会迅 速响应,使整流电路晶闸管的触发角迅速后移,电流能控制在安全范围内.为了对接 地短路也实现保护,通常把滤波电抗器分为两半,上下直流母线各串一半.电流源型 变频器的一大优点是能量可以回馈电网,系统可以四象限运行.虽然直流环节电流的 方向不能改变,但整流电压可以反向(当整流电路工作在有源逆变状态时),能量可以 回馈到电网. 晶闸管目前工业应用的最高电压为 8000V 左右,当电网电压较高时,可采用晶闸 管串联的办法.比如,当电网电压为交流 4160V 时,需要