高(中)壓變頻器專題培訓課件

高(中)壓變頻器

（2）高-中型高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結構如圖5-3所示。

圖5-3高-中型變頻調(diào)速系統(tǒng)（3）高-低-高型高-低-高型（有的也稱為中-低-中型）變頻調(diào)速系統(tǒng)的電路結構如圖5-4所示。

圖5-4高-低-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)《變頻器原理與應用(第2版）》第5章5.1.3高（中）壓變頻器的應用

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)可精確地調(diào)節(jié)速度或流量，保證工藝質(zhì)量。(2)可直接與工作機械耦合，省去減速機等中間機械環(huán)節(jié)，減少投資和中間費用。(3)可接受計算機或PLC的模擬或數(shù)字信號，進行實時控制，且控制性能優(yōu)越。3．要求起動性能好的機械實現(xiàn)“軟”起動。電機速度從零開始起動：可使電機電流限制在規(guī)定值以下(一般在額定電流的1.5～2倍以內(nèi))，以選定的加速度平穩(wěn)升速，直到指定速度。

《變頻器原理與應用(第2版）》第5章5.1.4高（中）壓變頻器的技術要求

1.可靠性要求高2.對電網(wǎng)的電壓波動容忍度大3.降低諧波對電網(wǎng)的影響4.改善功率因數(shù)5.抑制輸出諧波成分6.抑制共模電壓和du／dt的影響《變頻器原理與應用(第2版）》第5章5.2高（中）壓變頻器的主電路結構

5.2.1晶閘管電流型變頻器

圖5-5晶閘管電流型變頻器的主電路

《變頻器原理與應用(第2版）》第5章晶閘管電流型變頻器采用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)的交流，將其輸出以控制電機運行和調(diào)速。由于在它的直流母線上串聯(lián)有平波電抗器，因此該變頻器稱為電流型變頻器?！蹲冾l器原理與應用(第2版）》第5章5.2.2GTO電流型變頻器

GTO電流型變頻器的主電路如圖5-6所示。

圖5-6GTO電流型變頻器的主電路《變頻器原理與應用(第2版）》第5章圖5-6電路中，變壓器二次繞組采用Y和Δ不同聯(lián)結組別，是為了獲得互差60°的六相電壓，既可以減少整流后的電壓紋波，也可以降低電網(wǎng)的諧波。整流部分采用SCR器件，逆變部分采用了可關斷晶閘管GTO，開關頻率為180Hz。電路可以說是電流源和PWM技術的結合(簡稱“CSI-PWM技術”)。由于采用脈寬調(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，為防止電容與電動機的電感在換向過程中產(chǎn)生諧振，其數(shù)值需仔細選擇?！蹲冾l器原理與應用(第2版）》第5章5.2.31GBT并聯(lián)多重化PWM電壓型變頻器圖5-7所示為并聯(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章圖5-7采用二極管構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構成一個橋式逆變單元。輸出濾波器用來去除PWM的調(diào)制波中的高頻成分并減少du／dt、di／dt的影響，由于頻率高，濾波器的體積很小。《變頻器原理與應用(第2版）》第5章5.2.4三電平高（中）壓變頻器

IGBT三電平高壓變頻器的主電路如圖5-8所示。圖5-8IGBT三電平高（中）壓變頻器的主電路

《變頻器原理與應用(第2版）》第5章圖5-8中，變頻器的整流部分由兩個三相橋電路串聯(lián)，輸出12脈波的直流電壓，大大減少了電網(wǎng)側的諧波成分。同時，直流側采用兩個相同的電解電容串聯(lián)濾波，在中間的連接處引出一條線與逆變電路中的鉗位二極管相接，若將該節(jié)點視為參考點（電壓為零），則加到逆變器的電平有三個：Ud、0、-Ud。所以逆變器部分是由IGBT和箝位二極管組成的三電平電壓型逆變器?！蹲冾l器原理與應用(第2版）》第5章

《變頻器原理與應用(第2版）》第5章

圖5-10所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)。這種變頻器輸出的線電壓有5個電平，輸出諧波小，du/dt小，使電動機電流波形的失真度從17%降低為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似.

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

這種結構的優(yōu)點是：在器件耐壓相同的條件下，能輸出更高的交流電壓，適合制造更高電壓等級的變頻器。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5.2.6IGBT功率單元多級串聯(lián)電壓型變頻器

圖5-13山東風光JD-BP37系列高壓變頻器的系統(tǒng)結構

《變頻器原理與應用(第2版）》第5章多級串聯(lián)高（中）壓變頻器采用多級小功率低電壓IGBT的PWM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。例如，對于6kV輸出，每相采用6組低壓IGBT功率單元，每個功率單元由一體化的輸入隔離變壓器二次側繞組分別供電，二次繞組采用延邊三角形接法，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)生的諧波。電源側電壓畸變率小于1.2％，電流畸變率小于0.8％，因此變頻器對電網(wǎng)污染小。《變頻器原理與應用(第2版）》第5章5．3高壓變頻器對電動機的影響及防治措施

在高壓變頻器中，對電動機的影響起決定作用的是逆變器的電路結構和控制特性，逆變器主要通過輸出諧波、輸出電壓變化率du／dt和共模電壓來影響電動機的絕緣和使用壽命，這些因素產(chǎn)生的影響如表5-4所示。

《變頻器原理與應用(第2版）》第5章5.3.1輸出諧波對電動機的影響及防治措施

輸出諧波對電動機的影響主要有諧波引起電動機的溫升過高、轉矩脈動和噪聲增加，經(jīng)常采用的防治措施一般有兩種：一是設置輸出濾波器；二是改變逆變器的結構或聯(lián)接形式，以降低輸出諧波。使其作用到電機上的輸出波形接近正弦波?！蹲冾l器原理與應用(第2版）》第5章5.3.2輸出電壓變化率對電動機的影響及防治措施對于電壓型變頻器，當輸出電壓的變化率(du／dt)比較高時，會加速了電動機絕緣的老化。特別是當變頻器與電動機之間的電纜距離比較長時．電纜上的分布電感和分布電容所產(chǎn)生的行波反射放大作用增大到一定程度，有時會擊穿電動機的絕緣。經(jīng)常采用的防治措施一般有兩種：一是設置輸出電壓濾波器：二是降低輸出電壓的變化率。降低輸出電壓變化率的主要方法也有兩種：一是降低輸出電壓每個臺階的幅值；二是降低逆變器功率器件的開關速度。在相同額定輸出電壓的情況下，逆變的輸出電平數(shù)越多，輸出電壓的變化率就越低，通常是傳統(tǒng)雙電平輸出電壓的變化率的1/(m-1)倍，其中m是電平數(shù)目?！蹲冾l器原理與應用(第2版）》第5章5.3.3共模電壓對電動機的影響及防治措施電動機定子繞組的中心點和地之間的電壓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，導致電動機繞組絕緣擊穿，影響電動機的使用壽命。當共模電壓對地產(chǎn)生的高頻漏電流經(jīng)過電動機的軸承入地時，還會出現(xiàn)“電蝕”軸承現(xiàn)象，降低軸承的使用壽命。經(jīng)常采用的防治措施是設置二次側中點不接地的輸入變壓器，由輸入變壓器和電動機共同來承擔共模電壓。一般情況下，輸入是1／10，那么約有90％的共模電壓由輸入變壓器來承擔。因此，對于電流型變頻器，電動機的絕緣一定要足夠強，否則容易發(fā)生因絕緣被擊穿而燒毀輸入變壓器或電動機的后果。《變頻器原理與應用(第2版）》第5章本章小結

高（中）壓變頻器通常指電壓等級在1kV以上的大容量變頻器。高（中）壓變頻器按主電路的結構方式分為交-交方式和交-直-交方式。高（中）壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本型式有直接高-高型、高-中型和高