|
|
|
高压变频器教程(一) |
|
|
|
介绍：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”作者上海艾帕电力电子有限公司竺伟重新编辑，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 2 个耐压为 5KV 的晶闸管串
联，才能满足 5900V 峰值电压时的耐压要求。考虑到器件串联时的均压问题和器件耐
压使用安全裕量，在工业应用中，一般使用到器件额定电压的 50-60%。晶闸管串联存
在静态均压和动态均压问题。均压电阻会消耗一部分功率，影响系统的效率。晶闸管
的通态压降一般较低，门极触发电路比较简单，驱动功率较低。以 6500V，4200A 的晶
闸管为例，通态压降可做到 1.73V，门极触发电流仅需 400mA，触**率仅为 3W，该
晶闸管的断态电压临界上升率达 2000V/us，通态电流临界上升率达 250A/us(连续)。
由于电源侧采用三相桥式晶闸管整流电路，输入电流的谐波成份较大，为了降低
谐波，可采取多重化，有的还必须加输入滤波装置。电流源型变频器输入功率因数一
般较低，且会随着转速的下降而降低，通常要附加功率因数补偿装置。另外，电流源
型变频器还会产生较大的共模电压，当没有输入变压器时，共模电压会**到电机定
子绕组中心点和地之间，影响电机绝缘。电流源型变频器的输出电流谐波较高，会引
起电机的额外发热和转矩脉动，必要时也可采取输出 12 脉冲方式或设置输出滤波器，
当然系统的复杂性和成本也会增加。由于均压电路等固定损耗较大，以及输入功率因
数较低 |
|
|
|
 相关博客新闻： |
|
|
