高中压变频器市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、第5章 高（中）压变频器 5.1 高（中）压变频器概述 5.1.1 高（中）压变频器分类 高（中）压变频器按主电路结构方式分为交-交方式和交-直-交方式。 5.1.2 高（中）压变频调速系统基本形式 （1）直接高-高型 直接高-高型（也有称为直接中-中型）变频调速系统电路结构如图5-2所表示。 图5-2 直接高-高型变频调速系统变频器原理与应用(第2版）第5章第1页 （2）高-中型 高-中型变频调速系统电路结构如图5-3所表示。 图5-3 高-中型变频调速系统 （3）高-低-高型 高-低-高型（有也称为中-低-中型）变频调速系统电路结构如图5-4所表示。 图5-4 高-低-高型变频调速系统变频

2、器原理与应用(第2版）第5章第2页5.1.3 高（中）压变频器应用 1拖动风机或水泵 2压缩机、鼓风机、轧机或其它工作机械 (1) 可准确地调整速度或流量，确保工艺质量。 (2) 可直接与工作机械耦合，省去减速机等中间机械步骤，降低投资和中间费用。 (3) 可接收计算机或PLC模拟或数字信号，进行实时控制，且控制性能优越。 3要求起动性能好机械 实现“软”起动。电机速度从零开始起动：可使电机电流限制在要求值以下(普通在额定电流1.52倍以内)，以选定加速度平稳升速，直到指定速度。 变频器原理与应用(第2版）第5章第3页5.1.4 高（中）压变频器技术要求 1. 可靠性要求高 2. 对电网电压波

3、动容忍度大 3. 降低谐波对电网影响 4. 改进功率因数 5. 抑制输出谐波成份 6. 抑制共模电压和dudt影响 变频器原理与应用(第2版）第5章第4页5.2 高（中）压变频器主电路结构 5.2.1 晶闸管电流型变频器 图5-5 晶闸管电流型变频器主电路 变频器原理与应用(第2版）第5章第5页 晶闸管电流型变频器采取晶闸管三相桥式整流电路将交流变为直流，然后再经晶闸管三相桥式逆变电路将直流变为频率可调交流，将其输出以控制电机运行和调速。因为在它直流母线上串联有平波电抗器，所以该变频器称为电流型变频器。变频器原理与应用(第2版）第5章第6页5.2.2 GTO电流型变频器 GTO电流型变频器主电

4、路如图5-6所表示。 图5-6 GTO电流型变频器主电路变频器原理与应用(第2版）第5章第7页 图5-6电路中，变压器二次绕组采取Y和不一样联结组别，是为了取得互差60六相电压，既能够降低整流后电压纹波，也能够降低电网谐波。整流部分采取SCR器件，逆变部分采取了可关断晶闸管GTO，开关频率为180Hz。电路能够说是电流源和PWM技术结合(简称“CSI-PWM技术”)。因为采取脉宽调制方式，输出谐波降低，滤波器可大大减小，但不能省去。实际使用中常加电容滤波器，为预防电容与电动机电感在换向过程中产生谐振，其数值需仔细选择。变频器原理与应用(第2版）第5章第8页5.2.3 1GBT并联多重化PWM电

5、压型变频器图5-7所表示为并联多重化PWM电压型变频器电路图。 图5-7 并联多重化PWM电压型变频器主电路变频器原理与应用(第2版）第5章第9页 图5-7 采取二极管组成二组三相桥式整流电路，按12脉波组态，输出为二重式，每组由六个IGBT组成一个桥式逆变单元。输出滤波器用来去除PWM调制波中高频成份并降低dudt、didt影响，因为频率高，滤波器体积很小。变频器原理与应用(第2版）第5章第10页5.2.4 三电平高（中）压变频器 IGBT三电平高压变频器主电路如图5-8所表示。图5-8 IGBT三电平高（中）压变频器主电路 变频器原理与应用(第2版）第5章第11页 图5-8中，变频器整流部

6、分由两个三相桥电路串联，输出12脉波直流电压，大大降低了电网侧谐波成份。同时，直流侧采取两个相同电解电容串联滤波，在中间连接处引出一条线与逆变电路中钳位二极管相接，若将该节点视为参考点（电压为零），则加到逆变器电平有三个：Ud、0、-Ud。所以逆变器部分是由IGBT和箝位二极管组成三电平电压型逆变器。变频器原理与应用(第2版）第5章第12页 变频器原理与应用(第2版）第5章第13页 图5-10所表示为三电平变频器输出相电压、相电流波形。图中阶梯形PWM波为电压波形，近似正弦波为电流波形(Ud为峰值电压)。这种变频器输出线电压有5个电平，输出谐波小，du/dt小，使电动机电流波形失真度从17%降

7、低为2%左右。 图5-10 三电平变频器输出电压、电流波形变频器原理与应用(第2版）第5章第14页5.2.5 五电平高（中）压变频器 图5-11为五电平逆变器主电路，其工作原理与三电平逆变器相同. 图5-11 五电平逆变器主电路 变频器原理与应用(第2版）第5章第15页 这种结构优点是：在器件耐压相同条件下，能输出更高交流电压，适合制造更高电压等级变频器。缺点是：用单个逆变器难以控制有功功率传递，存在电容电压均压问题。 变频器原理与应用(第2版）第5章第16页5.2.6 IGBT功率单元多级串联电压型变频器 图5-13 山东风光JD-BP37系列高压变频器系统结构 变频器原理与应用(第2版）第

8、5章第17页 多级串联高（中）压变频器采取多级小功率低电压IGBTPWM变频单元，分别进行整流、滤波、逆变，将其串联叠加起来得到高压三相变频输出。比如，对于6kV输出，每相采取6组低压IGBT功率单元，每个功率单元由一体化输入隔离变压器二次侧绕组分别供电，二次绕组采取延边三角形接法，18个二次绕组分成三个位组，互差20，实现输入多重化接法，可消除各功率单元产生谐波。电源侧电压畸变率小于1.2，电流畸变率小于0.8，所以变频器对电网污染小。变频器原理与应用(第2版）第5章第18页53 高压变频器对电动机影响及防治办法 在高压变频器中，对电动机影响起决定作用是逆变器电路结构和控制特征，逆变器主要经

9、过输出谐波、输出电压改变率dudt和共模电压来影响电动机绝缘和使用寿命，这些原因产生影响如表5-4所表示。 变频器原理与应用(第2版）第5章第19页5.3.1 输出谐波对电动机影响及防治办法 输出谐波对电动机影响主要有谐波引发电动机温升过高、转矩脉动和噪声增加，经常采取防治办法普通有两种：一是设置输出滤波器；二是改变逆变器结构或联接形式，以降低输出谐波。使其作用到电机上输出波形靠近正弦波。变频器原理与应用(第2版）第5章第20页5.3.2 输出电压改变率对电动机影响及防治办法 对于电压型变频器，当输出电压改变率(dudt)比较高时，会加速了电动机绝缘老化。尤其是当变频器与电动机之间电缆距离比较

10、长时电缆上分布电感和分布电容所产生行波反射放大作用增大到一定程度，有时会击穿电动机绝缘。经常采取防治办法普通有两种：一是设置输出电压滤波器：二是降低输出电压改变率。降低输出电压改变率主要方法也有两种：一是降低输出电压每个台阶幅值；二是降低逆变器功率器件开关速度。在相同额定输出电压情况下，逆变输出电平数越多，输出电压改变率就越低，通常是传统双电平输出电压改变率1/(m-1)倍，其中m是电平数目。 变频器原理与应用(第2版）第5章第21页5.3.3 共模电压对电动机影响及防治办法 电动机定子绕组中心点和地之间电压UN-G称为共模电压(或称零序电压)。 当没有输入变压器时共模电压会直接施加到电动机上

11、，造成电动机绕组绝缘击穿，影响电动机使用寿命。当共模电压对地产生高频漏电流经过电动机轴承入地时，还会出现“电蚀”轴承现象，降低轴承使用寿命。经常采取防治办法是设置二次侧中点不接地输入变压器，由输入变压器和电动机共同来负担共模电压。普通情况下，输入是110，那么约有90共模电压由输入变压器来负担。所以，对于电流型变频器，电动机绝缘一定要足够强，不然轻易发生因绝缘被击穿而烧毁输入变压器或电动机后果。变频器原理与应用(第2版）第5章第22页本 章 小 结 高（中）压变频器通常指电压等级在1kV以上大容量变频器。高（中）压变频器按主电路结构方式分为交-交方式和交-直-交方式。 高（中）压变频调速系统基本型式有直接高-高