高压变频培训研究.ppt

高压变频器基础培训 一节电效果显著 用调节风门来调节风量时的曲线 风机或泵的比例公式Q nP T n2Pw T n n3Pw Q P c b 靠调节电机速度来调节风量时的曲线 二改善工艺 启动时压力或风量更平稳 被控量调节更及时 准确 减少风机喘震或水泵水锤效应 三延长电机及其他设备寿命 降低维护成本 电机启动电流被限制在额定电流 对电机或机械无启动冲击 机械转速降低 有效降低机械磨损 四有效降低启动时的电网干扰和输入谐波 大电机启动时对电网及其他设备无影响 启动时无冲击电流 谐波也被控制在很低程度 避免继电保护装置误动作 对附近的计算机 通讯装置也无影响 第二部分变频器基础 什么是变频器 是一种控制交流电机的装置 它将固定电压 固定频率的电源转换为电压可变 频率可变的电源 VFD控制对象为通用交流电机 使电机在不同速度运行时也能保持工频运行时的性能 如振动 噪音等 VFD可以替代其它更贵或效率低下的调速设备 如直流传动 机械离合器 液力偶合器等 以减低设备维护成本 VFD可提供更高效率 降低用户运行成本 交流电机 等效 电机调速的方法 N 60f1 1 s pf1 电机供电频率 S n1 n n1转差率 P 电机极对数 电机调速分类 改变电机的极对数 改变电机的转差率 转子串电阻调速定子调压调速电磁转差离合器调速转子串级调速改变电机的供电频率 即变频调速 保持磁通恒定的必要性 电机在任何速度下都应保持磁通恒定 磁通太强 电机励磁电流过大磁通太弱 电机铁芯利用不充分 输出力矩下降 变频器的基本原理 E 4 44f1KN f1 电机频率 N 每相绕组匝数 电机气隙磁通K 与绕组有关的常数 E 4 44 K N f1 K E f1 VVVF 变压变频同时进行是电机正常运行的需要 调压调频曲线 通用变频器的基本结构 整流器中间直流环节逆变器控制电路 整流器 三相全波半控整流 效率略低 可省去充电限幅电路 斩控式整流器 PWM整流器 效率高 功率因素可调 能量可回馈电网三相全波桥式二极管整流 效率高 成本低 控制简单 六脉波整流电路 直流环节 也称滤波或储能环节由电感或电容组成用于负载与整流器之间的无功功率的缓冲抑制直流侧电压或电流的脉动 电容 电感 逆变器 将直流电压或电流转换成频率 电压可变的交流电器件工作于开关状态每个器件并联续流二极管器件为全控型 GTR GTO IGBT IGCT等 变频器的控制方式 U f控制转差频率控制矢量控制直接转矩控制 通用变频器的分类 按主回路结构形式 电流源型电压源型按控制方式分 U f控制转差频率控制矢量控制直接转矩控制按输出电压调节方式分类PAM 脉冲幅值调制方式 PWM 脉冲宽度调制方式 按采用的功率器件分类BJT 双极晶体管 GTO 门极可关断晶闸管 IGBT 绝缘栅双极晶体管 其他 变频器结构图 3 1 2 T1 T2 Q4 Q1 Q2 PowerOutput ofCell IGBTQ1 Q4 Q3 整流部分 直流环节 逆变部分 A B C1 变频器基本原理 当K1 K2同时闭合时 电机上的电压为A点高 B点低 K3 K4同时闭合时 则电机上的电压为A点低B点高 这样和连续不断地交替开合 在电机两端就形成了一交变电压 也就是交流电 PWM技术 PWM PulseWidthModulatedTechnology脉冲宽度调制 通过控制电力电子器件的通 断时间及通断次序将直流电压转换为系列宽度不一的矩形脉冲电压 PWM的类型SPWM 正弦波PWM准优化PWM SVPWM SAPWM优化PWM 指定谐波消除PWM 转矩脉动PWM PWM波形图 电子器件 电阻在电路中起限制电流或产生压降的作用 电感在电路中储存无功能量的作用 限制电流的突然变化 二极管广泛应用与各种整流电路中 电力电子器件 晶闸管是一种半可控器件 只允许电流在其中单方向流动 电力晶体管 BJT 是一种电流型控制型全控器件 可工作在截止 放大 完全导通三种状态 IGBT 绝缘栅型双极晶体管 是一种广泛应用于变频器中的电压控制型全控器件 开关速度高 电压 电流等级已超过BJT 第三部分高压变频技术简介 常见高压变频器的分类 按输出形式分 高 高型高 低 高型按电路结构分 三电平 中点钳位式 两电平单元串联多电平按缓冲电路分 电压源型电流源型 三电平结构 三电平输出电压波形 PWM电流源结构 PWM 电流源型输出波形 高压大功率的性能指标 高压大功率的性能指标之一 输入谐波 谐波就是无用和有害的电压和电流 一般频率变化并且和基波叠加在一起谐波产生于非线性负载 使得电流和电压不成比例 输入谐波的概念 高压变频器输入整流环节都为非线性的 会对电网产生谐波 其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数 或多重化的次数 密切相关 谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗 降低了发电 输电及用电设备的效率 大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾 谐波影响各种电器设备的正常工作 谐波对电机的影响除引起附加损耗外 还会产生机械振动 噪声和过电压 使变压器局部严重过热 谐波使电容器 电缆等设备过热 绝缘老化 寿命缩短 以至损坏 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振 从而使谐波放大 使危害加剧 甚至引起严重事故 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作 并会使电器测量仪表计量不准确 谐波会对邻近的通信系统产生干扰 轻者产生噪声 降低通信质量 重者导致信息丢失 使通信系统无法正常工作 谐波有哪些危害 IEEE519 1992国际标准GB T14549 93国家标准 输入谐波的标准 GB T14549 93国家标准 对电压而言 就6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4 对电流而言 在基准短路容量为100MVA的条件下 对每次谐波电流的幅值提出了具体的要求 对6KV电网 2次谐波电流小于43A3次谐波电流小于34A4次谐波电流小于21A5次谐波电流小于34A6次谐波电流小于14A将各次谐波换算成百分比 也为4 左右 二极管六脉冲整流电路 电路简单 可靠输出直流电压VDC 3 p Vllpk通常用在PWM电压源型变频器中 六脉冲二极管整流电路输入电流波形 12脉冲二极管整流电路 12脉冲二极管整流电路输入电流 减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流从理论上可以推导出下列结论 12脉冲整流 11次以下谐波自动抵销18脉冲整流 17次以下谐波自动抵销24脉冲整流 23次以下谐波自动抵销30脉冲整流 29次以下谐波自动抵销36脉冲整流 35次以下谐波自动抵销而谐波的幅值与次数是成反比的 完美无谐波高压变频器采取多重化有效消除输入谐波 以3KV变频器为例 变压器的9个二次绕组 采用延变三角形联结 分成3个不同的相位组 互差20度电角度 形成18脉波的二极管整流电路结构 消除输入谐波的有效方法 K N P 1N为整数 P为脉冲数 完美无谐波6KV系列高压变频器结构 36脉冲整流 一体式整流干式隔离变压器 完美无谐波变频器系列 功率范围功率单元数 相输入脉冲数2300V 300HP 1250HP3cells18Pulse3300V 300HP 1750HP3cells18Pulse4160V 300HP 2250HP4cells24Pulse5500V 300HP 3000HP5cells30Pulse6000V 300HP 3000HP6cells36Pulse6600V 300HP 3500HP6cells36Pulse 完美无谐波变频器满载时输入波形 不同整流结构输入电流谐波失真比较 6脉冲电压源加2 5 LR40 6脉冲电流源加2 5 LR30 12脉冲电流源加5 LR15 12脉冲电压源加5 LR9 18脉冲电流源输入4 5 单元串联多电平变频器 5cells phase 2 输入谐波结论 按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论 整流电路脉冲数至少多于18脉冲 包括18脉冲 才能满足输入谐波的标准 高压变频器的性能指标之二 输入功率因素 AC DCConversion DC ACConversion DCLink ACInput fixedFrequency fixedVoltage ACOutput variableFrequency variableVoltage Motor CapacitororInductor 变频器输入功率因素主要与变频器中间直流环节 电压源型或电流源型 有关 电压源型直流环节为电容 电机需要的无功电流由电容提供 而不需要和电网交换 变频器输入功率因素高 在整个速度范围段内基本保持不变 电流源型直流环节为大电感 电机需要的无功电流还需与电网交换 功率因素较低 且随着电机负载的降低而降低 PowerFactor 功率因数 PercentLoad负载百分比 Totalpowerfactorincludesdistortionanddisplacementpowerfactor 输入功率因数曲线 RobiconPerfectHarmonySeriesvs ConventialCSI PerfectHarmony罗宾康公司完美无谐波变频器 CSI普通电流源变频 高压变频器的性能指标之三 输出波形质量 变频器输出波形质量 变频器输出波形对电机的影响 变频器输出谐波会引起的电机附加发热和转矩脉动 噪音增加 输出dv dt和共模电压会影响电机的绝缘 包括输出谐波 dv dt 共模电压 转矩脉动等指标 变频器输出谐波与变频器逆变器的结构密切相关 常用逆变器结构 GTO SGCT电流源型逆变器NPC 中心点箝位式 三点式 电压源型逆变器单元串联多电平移相式PWM电压源型逆变器 GTO SGCT6KV电流源型逆变器 GTO SGCT电流源型逆变器输出波形 Current Voltage NPC中心点嵌位式逆变器 又称三电平 电机 M NPC逆变器输出波形 输出电压 dv dt 完美无谐波变频器输出相电压波形 山东东营胜利电厂实测波形1400kW 6kV满载50Hz A B相线电压波形 A相电流波形 转矩脉动电流源型变频器在满载30HZ时情况 完美无谐波变频器输出波形质量 完美无谐波变频器输出的波形与正弦波非常相近 而且dv dt幅值小 不必设置输出滤波器 就可以使用原有的普通旧国产异步电机 在国内大部分应用中都是6KV旧国产电机 其中很多绝缘等级都是B级 从应用的情况看 没有对电机产生危害 高压变频器的性能指标之四 可靠性 变频器的结构使用的功率器件外部电源波动对变频器的影响公司经验与使用业绩是否有冗余手段 IGBT 300A 1700V IGCT SGCT 单个小IGCT驱动电路 222个部件 ElectrolyticCaps12 DriverFET s8 4个IGBT驱动电路 48个部件 电源变化对完美无谐波变频器的影响 RIDETHROUGHVOLTAGESAGOF 45 可承受 45 的电压下降RE STARTINTOAMOTORWHICHISSTILLSPINNIN