高壓變頻器在電廠中的應(yīng)用-變頻器原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)最終版(編輯修改稿)
2025-07-10 20:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 調(diào)速電路中。 圖 3 星形聯(lián)接的交交變頻器 電流源型高壓變頻器 電流源型高壓變頻器電流源型變頻器又可以分為：負(fù)載換向式（晶閘管）變頻器（ LCI）；采用自關(guān)斷器件（ GTO 或 SGCT）的變頻器。電流型變頻器采用 SCR、GTO 或 IGCT 元件串聯(lián)的辦法，直流部分用電抗器儲(chǔ)存能量，實(shí)現(xiàn)直接的高壓變頻，有可回饋能量的優(yōu)點(diǎn)。電流源型變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)比較低，電抗器的發(fā)熱量較大，效率比電壓源型變頻器低，輸出濾波器的設(shè)計(jì)比較麻煩，變頻器的共模電壓和諧波、 dv/dt 問(wèn)題較為突出，所以對(duì)電機(jī)的要求較高。同時(shí)，器件串聯(lián)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求也大大提高，要盡量做到串聯(lián)器件同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，否則，由于各器件通、斷時(shí)間不一，承受電壓不均，會(huì)導(dǎo)致器件損壞，甚至整個(gè)裝置崩潰。電流源型變頻器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力已經(jīng)逐漸變?nèi)酢? 電壓源型高 壓變頻器 電壓源型高壓變頻器分為兩電平電壓型變頻器和三電平電壓型變壓器 。 兩電平電壓型變頻器，電路結(jié)構(gòu)采用 IGBT 直接串聯(lián)技術(shù)，也叫直接器件串聯(lián)型高壓變頻器。簡(jiǎn)化電路如圖 4 所示，其在直流環(huán)節(jié)使用高壓電容進(jìn)行濾波和儲(chǔ)能，輸出電壓可達(dá) 6KV。其優(yōu)點(diǎn)是可以采用較低耐壓的功率器件，串聯(lián)橋臂上的所有 IGBT 作用相同，能夠?qū)崿F(xiàn)互為備用，或者進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)采用 PWM 整流電路可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。缺點(diǎn)是電平數(shù)較低，僅為兩電平，輸出電壓 du/dt 也較大 ， 需采用特種電動(dòng)機(jī)或者加高壓正弦波濾波器，此類變頻器同樣需要解決器件 的均壓?jiǎn)栴}，一正文 5 般需特殊設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路和緩沖電路。適用于軋機(jī)、起重機(jī)械、電力機(jī)車牽引、船舶主傳動(dòng)、風(fēng)機(jī)、水泵和壓縮機(jī)等。 三電平逆變電路也稱作中心點(diǎn)鉗位逆變器 [2]（ Nerural Point Clamped— NPC），于 1980 由日本人 Nabae 首先提出。這種三電平中性點(diǎn)鉗位結(jié)構(gòu)與普通的兩電平結(jié)構(gòu)相比，輸出相電壓電平數(shù)由 2 個(gè)增加至 3 個(gè)，每個(gè)電平幅值相對(duì)降低，輸出線電壓電平數(shù)則由 3 個(gè)增加至 5 個(gè)，解決了兩只功率器件串聯(lián)的問(wèn)題，在同等開(kāi)關(guān)頻率的條件下，可使輸出波形質(zhì)量有較大改善，輸出 du/dt 相應(yīng)下降。根據(jù)目前 IGCT及高壓 IGBT 的耐壓水平 ,三電平逆變器的最高輸出電壓等級(jí)為 ,當(dāng)輸出電壓要求為 6kV 時(shí) ,采用 12 個(gè)功率器件已不能滿足要求 ,必須采用器件串聯(lián) ,除了增加成本外 ,必然會(huì)帶來(lái)均壓?jiǎn)栴}，失去了三電平結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。 圖 4 三電平變頻器原理圖 多電平單元串聯(lián)疊加型高壓變頻器級(jí)聯(lián)型多電平變頻器 采用若干個(gè)獨(dú)立的低壓功率單元串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出 ,這種級(jí)聯(lián)式變頻器內(nèi)部是由十八個(gè)相同的單元模塊構(gòu)成，每六個(gè)模塊為一組，分別對(duì)應(yīng)高壓回路的三相。功率單元全是種單相橋式變換器，由移 相切分變壓器的副邊繞組供電。經(jīng)整流、濾波后由 4 個(gè) IGBT 以 PWM 方法進(jìn)行控制 ,功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。對(duì)于額定輸出電壓為 10KV 的變頻器 ,每相由 5 個(gè)額定電壓為 1275V 的功率單元串聯(lián)而成 ,輸出相電壓 6375V,對(duì)應(yīng)的線電壓可達(dá) 10KV。 采用單元串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出 ,不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。 高壓變頻器節(jié)能原理 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速ｎ與電源頻率ｆ、轉(zhuǎn)差率ｓ、電機(jī)極對(duì)數(shù)ｐ這三個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系可以由公式表明： p sfn )1(60 ?? 事實(shí)上，變頻調(diào)速就是利用調(diào)節(jié)電源頻率ｆ來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制的。從上述公式也可以看出，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ和電源頻率ｆ之間是以線形關(guān)系聯(lián)系在一起的，因此轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)不受其他因素的限制，為了近似地保持氣隙磁通不變，以便充分利用電機(jī)鐵芯，發(fā)揮電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力，正文 6 在基頻以下須采用恒壓頻比控制。這時(shí)，同步轉(zhuǎn)速自然要隨頻率變化，即在異步電機(jī)中采用恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓從而得到恒值電動(dòng)勢(shì)頻率比的控制方式。如 果凝結(jié)水泵采用變頻運(yùn)行方式，水泵的出口壓力將減小，再循環(huán)調(diào)節(jié)閥之后的管道內(nèi)發(fā)生汽化的可能性就小，從而可以減少凝結(jié)水再循環(huán)管道及其調(diào)節(jié)閥發(fā)生的振動(dòng)；在機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，應(yīng)保持水泵的管路特性在節(jié)流最小的工況下運(yùn)行，即通過(guò)改變水泵流量特性的工作點(diǎn)來(lái)改變流量，使凝結(jié)泵的出力隨機(jī)組負(fù)荷的改變而變化。這樣可以大大減少節(jié)流損失，從而降低能耗。 n1n23N Nf1f2f3f To Nffff ??? 123 圖 5 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性曲線 正文 7 3 高壓變頻器在凝結(jié)水泵中的應(yīng)用 凝結(jié)水泵存在的 問(wèn)題 凝結(jié)水泵作為凝結(jié)水的輸送裝置目前存在的問(wèn)題有： ，造成工質(zhì)能量和質(zhì)量的流失，使泵不能正常運(yùn)行甚至損壞。 、調(diào)節(jié)品質(zhì)差等缺點(diǎn)，造成除氧器、
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