高壓大功率變頻器拓?fù)浼皟?yōu)缺點比較

1、121、 按輸出電壓方式按輸出電壓方式高高型高高型：直接輸出：直接輸出3kV或或6KV高壓，變頻器輸出沒有升壓變壓器高壓，變頻器輸出沒有升壓變壓器高高型特點：可靠性高、效率高、價格貴高高型特點：可靠性高、效率高、價格貴高低高型高低高型：使用低壓變頻器輸出：使用低壓變頻器輸出2300V或或690V，再增加升壓變壓，再增加升壓變壓 器升到器升到3KV或或6KV高低高型特點：可靠性差，效率低、故障率高、價格便宜高低高型特點：可靠性差，效率低、故障率高、價格便宜2、按中間環(huán)節(jié)類型、按中間環(huán)節(jié)類型電壓源電壓源：中間直流環(huán)節(jié)為電容：中間直流環(huán)節(jié)為電容電流源電流源：中間直流環(huán)節(jié)為電感：中間直流環(huán)節(jié)為電感3、

2、按電路結(jié)構(gòu)型式、按電路結(jié)構(gòu)型式三電平三電平(中心點鉗位中心點鉗位)：輸出電壓有：輸出電壓有3個電平個電平GTO/SGCT電流源型逆變器電流源型逆變器: 6脈沖方波電流輸出脈沖方波電流輸出功率單元電壓串聯(lián)結(jié)構(gòu)功率單元電壓串聯(lián)結(jié)構(gòu)：6KV系列輸出電平有系列輸出電平有13電平電平常用高壓變頻器分類常用高壓變頻器分類3l 主電路拓?fù)渲麟娐吠負(fù)?輸入側(cè)移相變壓器實行多重化設(shè)計，18套副邊繞組，采用延邊三角形聯(lián)結(jié)，分為6個不同的相位組，互差10o電角度，形成36脈動的六重化二極管整流電路結(jié)構(gòu)； 模塊串聯(lián)多電平變頻器采用串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)，使輸入電流諧波大幅減少 ，減少對電網(wǎng)的諧波污染 ； 輸出dv/dt和共模電

3、壓低，不必加輸出濾波器，直接驅(qū)動普通的異步電動機(jī)。 4l 優(yōu)點：優(yōu)點： 輸出電壓電平數(shù)越多，輸出電壓波形越接近正弦波，其諧波含量越少； 器件在基頻下開通關(guān)斷，損耗小，效率高； 無需大量的鉗位二極管或鉗位電容； 基于低壓小容量變換器級聯(lián)的組成方式，技術(shù)成熟，易于模塊化設(shè)計，便于互換； 不存在電容電壓平衡問題。l 缺點：缺點： 需要多個獨立直流電壓源； 難以實現(xiàn)四象限運行。5序號 技術(shù)方案及技術(shù)指標(biāo) 優(yōu)點 缺點 備注 1 多重化串聯(lián)方式 1.輸出電壓電流均為正弦波，低諧波污染。 2.采用常規(guī)的低壓 IGBT開關(guān)器件及充電電容器。 3.無須輸入輸出濾波環(huán)節(jié) 4.dv/dt 及 di/dt 很小，舊電

4、機(jī)使用無須降額。 5.無須進(jìn)行器件的均壓保護(hù)。 6.系統(tǒng)的安全系數(shù)高。 相對三電平方式較復(fù)雜 采用此項技術(shù)的主要公司為：美國ROBICON 公司、日本TOSHIBA 公司、 中國東方凱奇公司、 利德華福、 明陽龍源采用此項技術(shù) 2 三電平輸出方案 1. 電路較多重化串聯(lián)方式簡單， 電路器件數(shù)量較多重化串聯(lián)方式少。 2. 相對的可靠性略高于多重化串聯(lián)方式。 1. 輸出電壓為三電平迭加波形，諧波污染較大。 2. 需 要 高 電 壓IGBT 開關(guān)器件與充電電容； 3. 需要輸入輸出濾波環(huán)節(jié) 4. dv/dt 、di/dt 較大， 在無較好的濾波環(huán)節(jié)時， 5. 舊電機(jī)需要降額使用。 6. 電磁噪聲較大

5、。 采用此項技術(shù)的主要公司為：德國 SIEMENS公司、瑞士ABB 公司、明陽龍源采用此項技術(shù) 6l 原理比較原理比較 電流型逆變器，中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能元件，負(fù)載無功功率由該電感緩沖。由于電感的作用，直流電流Id趨于平穩(wěn)，電流型變頻器的一個較突出的優(yōu)點是不須在主回路內(nèi)附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的不可逆變流器改變其輸出電壓極性，即可將再生電能回饋到交流電網(wǎng)。 電壓型逆變器，中間直流環(huán)節(jié)采用大電容作為儲能元件，負(fù)載無功功率由該電感緩沖。由于大電容的作用，主回路直流電壓Ed比較穩(wěn)定，其優(yōu)點是在不超過容量限度的情況下，可以驅(qū)動多臺電動機(jī)并聯(lián)運行，具有不選擇負(fù)載的通用性。缺點是無法直接實現(xiàn)能

6、量回饋，必須加相關(guān)電路才能實現(xiàn)能量回饋。 7l 不同結(jié)構(gòu)的變頻器網(wǎng)側(cè)諧波（理論值）比較不同結(jié)構(gòu)的變頻器網(wǎng)側(cè)諧波（理論值）比較 類型 THD 5 次 7 次 11 次 13 次 17 次 19 次 23 次 25 次 29 次 6 脈沖 CSI 28.8 21 128 88 68 53 45 37 32 26 12 脈沖 CSI 11.7 0 0 84 69 0 0 3 26 0 18 脈沖 CSI / / / / / / / / / / 12 脈沖 VSI （6 單元） 74 0 0 64 33 0 0 11 11 0 18 脈沖 VSI （9 單元） 3.47 001 0 0 0 275 1

7、93 0 0 0 30 脈沖 VSI （15 單元） 121 001 0 0 0 0 0 0 0 085 8l 輸出側(cè)諧波比較輸出側(cè)諧波比較 多級串聯(lián)電壓型變頻器采用多重化脈寬調(diào)制技術(shù)，從根本上消除了多級串聯(lián)電壓型變頻器采用多重化脈寬調(diào)制技術(shù)，從根本上消除了電壓諧波。由于級數(shù)較多，輸出電壓波形已經(jīng)逼近完美的正弦波。此電壓諧波。由于級數(shù)較多，輸出電壓波形已經(jīng)逼近完美的正弦波。此類變頻器可直接驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)電流諧波非常小。而且此類變頻器即類變頻器可直接驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)電流諧波非常小。而且此類變頻器即使是在低速時也能輸出很好的波形，低速性能較電流源變頻器好。使是在低速時也能輸出很好的波形，低速性能較電

8、流源變頻器好。 CSI電流源變頻器由于受電路拓?fù)浜碗娏髟醋冾l器由于受電路拓?fù)浜虶TO開關(guān)速度的限制，輸出諧開關(guān)速度的限制，輸出諧波含量大，必須加輸出濾波裝置才能投入使用。否則由于波含量大，必須加輸出濾波裝置才能投入使用。否則由于dI/dt的存在的存在會危及電機(jī)絕緣，同時由于較大的輸出諧波電流引起電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩會危及電機(jī)絕緣，同時由于較大的輸出諧波電流引起電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動。脈動。9l 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)比較網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)比較 多級串聯(lián)電壓型變頻器功率因數(shù)在整個負(fù)載范圍內(nèi)均能保持非常高的水平，多級串聯(lián)電壓型變頻器功率因數(shù)在整個負(fù)載范圍內(nèi)均能保持非常高的水平，而電流源變頻器則隨著負(fù)荷的降低，功率因數(shù)迅速降

9、低。而在實際運行中，而電流源變頻器則隨著負(fù)荷的降低，功率因數(shù)迅速降低。而在實際運行中，系統(tǒng)負(fù)載率往往為滿負(fù)荷的系統(tǒng)負(fù)載率往往為滿負(fù)荷的50%-90%50%-90%，這時必須加功率因數(shù)補償裝置才能滿，這時必須加功率因數(shù)補償裝置才能滿足運行要求。足運行要求。 10l 系統(tǒng)效率比較系統(tǒng)效率比較 CSI 電流源變頻器必需增加功率因數(shù)補償裝置和諧波濾波器裝置，電流源變頻器必需增加功率因數(shù)補償裝置和諧波濾波器裝置，且主回路用直流電抗器做為儲能元件，這些部件均會帶來附加能量損且主回路用直流電抗器做為儲能元件，這些部件均會帶來附加能量損耗。而多級串聯(lián)型電壓型變頻器由于電路拓?fù)洳恍枰@些耗能部件，耗。而多級串聯(lián)

10、型電壓型變頻器由于電路拓?fù)洳恍枰@些耗能部件，所以系統(tǒng)效率更高。具體數(shù)據(jù)參見表所以系統(tǒng)效率更高。具體數(shù)據(jù)參見表2。 表 2、多級串聯(lián)電壓型變頻器與電流源變頻器系統(tǒng)效率 轉(zhuǎn)速 （%） 無諧波 變頻器 CSIPWM 變頻器 變頻效 率差別 電機(jī)效 率差別 電源變壓器效率差別 總效率 差別 100 96.73 93.65 3.08 0.50 0.25 3.83 90 96.63 93.09 3.54 0.50 0.25 4.29 80 96.24 91.68 4.56 0.50 0.25 5.31 63 95.83 86.52 9.31 0.50 0.25 10.06 11l 系統(tǒng)故障運行能力比較系

11、統(tǒng)故障運行能力比較 多級串聯(lián)電壓型變頻器具有相對較多的功率單元，故障情況多級串聯(lián)電壓型變頻器具有相對較多的功率單元，故障情況 下下可帶故障降額運行?？蓭Ч收辖殿~運行。 CSICSI電流型變頻器系統(tǒng)基本無故障運行能力。電流型變頻器系統(tǒng)基本無故障運行能力。 l 能量回饋能力比較能量回饋能力比較l 多級串聯(lián)電壓型變頻器無法直接實現(xiàn)能量回饋，若要實現(xiàn)能量回多級串聯(lián)電壓型變頻器無法直接實現(xiàn)能量回饋，若要實現(xiàn)能量回饋，必須增加相應(yīng)的饋，必須增加相應(yīng)的PWM整流電路。整流電路。 CSI電流型變頻器具有能量回饋功能。電流型變頻器具有能量回饋功能。 12l 系統(tǒng)故障運行能力比較系統(tǒng)故障運行能力比較 多級串聯(lián)電壓

12、型變頻器具有相對較多的功率單元，故障情況多級串聯(lián)電壓型變頻器具有相對較多的功率單元，故障情況 下下可帶故障降額運行?？蓭Ч收辖殿~運行。 CSICSI電流型變頻器系統(tǒng)基本無故障運行能力。電流型變頻器系統(tǒng)基本無故障運行能力。 l 能量回饋能力比較能量回饋能力比較l 多級串聯(lián)電壓型變頻器無法直接實現(xiàn)能量回饋，若要實現(xiàn)能量回多級串聯(lián)電壓型變頻器無法直接實現(xiàn)能量回饋，若要實現(xiàn)能量回饋，必須增加相應(yīng)的饋，必須增加相應(yīng)的PWM整流電路。整流電路。 CSI電流型變頻器具有能量回饋功能。電流型變頻器具有能量回饋功能。 1314 直接高壓技術(shù)與多電平技術(shù)的對比直接高壓技術(shù)與多電平技術(shù)的對比 多電平技術(shù) 直接高壓技

13、術(shù) 技術(shù) 參數(shù) 優(yōu)點 缺點 優(yōu)點 缺點 輸出電平數(shù) 多 （2級數(shù)+1） 無 無 二電平 輸出電壓波形 疊加正弦波 無 無 二電平調(diào)寬 輸出電流 完全正弦 無 無 等效正弦 輸出電壓諧波注1 諧波極小，符合國標(biāo)要求 無 無 很大，不符合國標(biāo)要求 輸出電流諧波注1 幾乎沒有，符合國標(biāo)要求 無 無 有，需要另加治理裝置 輸入電壓諧波注1 多脈沖移相整流技術(shù)， 諧波較小，符合國標(biāo)要求 無 無 六脈沖整流技術(shù)，諧波較大，不符合國標(biāo)要求 15 直接高壓技術(shù)與多電平技術(shù)的對比直接高壓技術(shù)與多電平技術(shù)的對比 多電平技術(shù) 直接高壓技術(shù) 技術(shù) 參數(shù) 優(yōu)點 缺點 優(yōu)點 缺點 輸入電流諧波注1 多脈沖移相整流技術(shù)， 諧波較小，符合國標(biāo)要求 無 無 六脈沖整流技術(shù)，諧波較大，不符合國標(biāo)要求 功率元件連接 通過變壓器隔離后連接 無 無 直接串聯(lián) 功率元件保護(hù) 容易 無 無 困難 功率元件驅(qū)動 不要求完全同步 無