rrclpe機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化課程論文-閱讀頁(yè)
2025-07-08 17:51本頁(yè)面
【正文】 ； 二是采用產(chǎn)生諧波電流小的變頻器，變頻器本身基本上不對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，即所謂的“綠色”電力電子產(chǎn)品，從本質(zhì)上解決諧波污染問題。 12脈沖晶閘管整流電路，整流器由兩組晶閘管整流橋串聯(lián)而成， 分別由輸入變壓器的兩組副邊(星型和三角形，互差30176。這種整流電路的優(yōu)點(diǎn)是把整流電路的脈沖數(shù)由6脈沖提高到12脈沖， 帶來的好處是大大降低了5次和7次諧波電流。1， 其中n是自然數(shù)， p為脈沖數(shù)。雖然12脈沖整流電路的諧波電流比6脈沖結(jié)構(gòu)大大下降， 但也不能達(dá)到IEEE5191992標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的在電網(wǎng)短路電流小于20倍負(fù)載電流時(shí)諧波電流失真小于5％的要求。采用12脈沖結(jié)構(gòu)還能避免器件的直接串聯(lián)，變壓器也可承受變頻器產(chǎn)生的共模電壓中的絕大部分， 使電機(jī)絕緣不受共模電壓的影響。 晶閘管直流整流電路和二極管整流電路除了6脈沖結(jié)構(gòu)和12脈沖結(jié)構(gòu)外，還可以采取更高脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)，如18脈沖，24脈沖，輸入諧波也會(huì)隨著降低，但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。當(dāng)然系統(tǒng)的復(fù)雜和成本也大大增加了。 在晶閘管電流源型整流電路中，中間直流環(huán)節(jié)的電壓正比于電機(jī)線電壓額定值乘以運(yùn)行點(diǎn)電機(jī)實(shí)際的功率因數(shù)，再乘以轉(zhuǎn)速百分比。另一個(gè)解釋是，由于整流器電流和逆變器電流一般相等，負(fù)載所需的無功電流會(huì)直接“反射”到電網(wǎng)，導(dǎo)致輸入功率因數(shù)較低。 可見普通電流源型變頻器的輸入功率因數(shù)較低，且會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低，為了解決輸入功率因數(shù)較低的問題，往往需要功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，同時(shí)也起到消除部分諧波電流的作用。在使用電流源型變頻器的場(chǎng)合，由于存在諧波，在一定的參數(shù)配合下，功率因數(shù)補(bǔ)償電路可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振現(xiàn)象，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全，因此，并聯(lián)電容組的設(shè)計(jì)中必須考慮諧波放大問題。 二極管整流電路在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)，(這是指位移因數(shù)，實(shí)際功率因數(shù)由于諧波的存在，還必須再乘以基波因數(shù)，會(huì)有所下降)，一般也不必設(shè)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。由于輸入功率因數(shù)較高，輸入變壓器和整流器只需處理有功電流，有利于提高系統(tǒng)的效率。單元串聯(lián)多電平PWM變頻器功率因數(shù)較高。 輸出諧波對(duì)電機(jī)的影響 輸出諧波對(duì)電機(jī)的影響主要有引起電機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電機(jī)的額外溫升，電機(jī)往往要降額使用；由于輸出波形失真，增加電機(jī)的重復(fù)峰值電壓，影響電機(jī)絕緣，諧波還會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪音增加。圖4為典型的電流源型變頻器示意圖。的方波，含有豐富的諧波成分，總諧波電流失真可達(dá)到30%左右。輸出濾波器換相式電流源型變頻器固有的濾波器可以給6脈沖輸出電流中的諧波分量提供通路，所以速度較高時(shí)，電機(jī)電流波形有所改善。 圖4 電流源型變頻器 在PWM電壓源型變頻器中，當(dāng)輸出電壓較高時(shí)，通常采取三電平PWM方式，也稱NPC(Netural Point Clamped中點(diǎn)箝位)方式，整流電路一般采用二極管，逆變部分功率器件采用GTO，IGBT或IGCT。為了減少輸出諧波，希望有較高的開關(guān)頻率，但這樣會(huì)導(dǎo)致變頻器損耗增加，效率下降，開關(guān)頻率一般不超過2kHz。 普通電流源型變頻器的輸出電流不是正弦波，而是120176。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的平均值為0，但它會(huì)使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不均勻，產(chǎn)生脈動(dòng)，在電機(jī)低速時(shí)，還會(huì)發(fā)生步進(jìn)現(xiàn)象，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可能引起電機(jī)與負(fù)載組成的機(jī)械系統(tǒng)的共振。在三相電機(jī)中，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的主要是6n177。6脈沖輸出電流源型變頻器輸出電流中含有豐富的5次和7次諧波，5次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)與基波旋轉(zhuǎn)磁反向，7次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)與基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)同向，而電機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度基本接近基波磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)速度(二者的判別對(duì)應(yīng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)差率)，所以5次諧波磁勢(shì)和7次諧波磁勢(shì)都會(huì)在電機(jī)轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生6倍于基波頻率的轉(zhuǎn)子諧波電流。同樣，11次和13次諧波電流也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)12倍頻的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 輸出dvdt對(duì)電機(jī)的影響 普通的二電平和三電平PWM電壓源型變頻器由于輸出電壓跳變臺(tái)階較大，相電壓的跳變分別達(dá)到直流母線電壓和直流母線電壓的一半，同時(shí)由于逆變器功率器件開關(guān)速度較快，會(huì)產(chǎn)生較大的電壓變化率，即dvdt。所以這種變頻器一般需要特殊設(shè)計(jì)的電機(jī)，電機(jī)絕緣必須加強(qiáng)。 電機(jī)設(shè)計(jì)和輸出電纜選擇方面的特殊問題 由于變頻器輸出諧波會(huì)引起電機(jī)附加溫升，電機(jī)容量必須適當(dāng)放大，熱參數(shù)降低使用。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力集中可能對(duì)電機(jī)部件引起損壞，電機(jī)關(guān)鍵部位必須加強(qiáng)。采取絕緣軸承，在必要時(shí)軸上安裝接地碳刷以避免軸電流對(duì)軸承的損壞。 10 / 10
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