高压变频器工作原理 高压变频器原理及应用

一.概述

在能源日益短缺的今天，交流调速技术作为一种重要的节能手段，已经引起了世界各国的关注。变压变频控制可以平滑变速，调速范围宽，效率高，功率因数高。还可以减小起动冲击电流，获得更高的起动转矩。当负载减速时，可以实现能量回馈的再生制动，使电机快速反转。它具有软启动和软停止，简单可编程，易于形成自动控制系统。交流变频调速技术是集电力电子、自动控制、微电子、电机等技术于一体的高新技术。由于其优异的调速性能、显著的节电效果和在国民经济各个领域的广泛适用性，被国内外人士认为是世界上应用最广泛、最高效、最理想的电传动方案，是电传动的发展方向。它为提高产品质量和产量、节能降耗、提高企业经济效益提供了重要的新手段。变频器是将通用电源转换成可变电压和频率的转换装置，适用于交流异步电动机的调速。变频器是变频调速系统中最重要的设备。分析了变频原理，异步电动机旋转磁场的转速为n. = 60fi/p，其中n1为同步转速r/min，fi为工频Hz，p为磁极对。异步电动机输出轴转速n=n1=60f1/p，其中s为异步电动机转差率，s=/n1。从这个公式可以看出，在滑差s和极点对数p保持不变的情况下，速度n与电源频率成正比。通过改变异步电机的供电频率，可以改变电机的速度，从而实现调速。

二、分类

3KV、6KV、10KV电压等级的电机称为高压电机，用于此类电机调速的变频器称为高压变频器。国外这种电压等级的变频器叫中压变频器。在高压变频器推出之前，如果大功率高压交流异步电动机需要变频调速驱动，有两种方法。一种是将低压设备的电源单元串联起来形成高压。例如，康公司的高压变频器由于控制复杂和功率器件过多而降低了可靠性。同时，每个功率单元都是双层结构，因此至少需要采用复用技术来满足谐波标准的要求。另一种是“高-低-高”变频器，通过变压器将高压转换为低压，将低压侧的电压进行转换，然后通过升压变压器升高电压与高压电机的电压相匹配，从而形成高压交流调速传动装置。随着高压大功率晶体管的引入，近年来许多公司都引进了高压变频器。它的特点是变频器的输出可以直接连到高压电机上，不需要专门的变频电机，也叫高高频变频器。现在可以用于7500kW异步电动机的速度和转矩控制。高压变频器种类繁多，分类方法也多种多样。根据中间环节是否有DC部分，可分为交流/交流变频器和交流/DC/交流变频器。常用的变频器是交流/DC/交流变频器。交流-DC-交流变频器两次转换电源电压:首先通过整流器将电源的交流转换成DC，然后通过逆变器将DC转换成交流电压；根据DC部分的性质，可分为电流型和电压型变频器；根据有无中间低压电路，可分为高低频转换器；根据输出电平的数量，可分为两电平、三电平、五电平和多电平逆变器；根据变频电源的性质，可分为电压源变频器和电流源变频器。主要区别在于中间DC环节使用了哪种滤波器。电压源变频器采用大容量电容滤波，DC电压波形比较直，电流源变频器采用大电感滤波，DC电流波形比较直。根据电压等级和用途，可分为通用变频器和高压变频器；按嵌入方式可分为二极管嵌入式和电容嵌入式变频器等。

第三，应用

交流变频调速在我国的各个行业得到了广泛的应用，尤其是在石油化工、冶金、汽车、造纸、热电、食品、纺织、包装等领域。其主要应用是节能调速和超大容量超高速交流调速。节能调速广泛应用于控制精度低、动态性能要求低的方速率负载，如风机、水泵等。目前，变频器已广泛应用于城市供水供热系统中的离心泵、循环泵和风机，变频器已广泛应用于煤矿、化工、食品、冶金、有色金属、建材等行业的泵和风机，取得了良好的节能效果。因为控制要求不高，只要选择正确，各种变频器都可以用在泵和风机上。钢板轧机、矿井主胶带输送机、提升机等超大容量传动宜采用交流变频调速。采用变频调速的方法，可以提高低速时的效率和功率因数，达到节能的目的。

1.在电厂中的应用。

采用高压变频器对送风机、引风机、给水泵、循环水泵等高耗能设备进行技术改造。，不仅可以收到降低厂用电、降低供电煤耗、增加电网用电带来的直接经济效益，还可以提高从设备到机组的安全性和可靠性。高压变频技术值得在电厂推广应用。在电厂中，风机和水泵是主要的耗能设备。通常，它们输入能量的15%-20%由电机和风扇或泵本身消耗，大约35%-50%的输入能量由阻尼器或阀门消耗。因此，电厂风机和水泵的节能改造潜力很大，变频是最佳选择。

变频系统首先将电网中的交流电整流为直流电，然后通过逆变器将其逆变为频率可调的交流电，并提供给交流电机，从而改变电机的转速。该方法具有高效、宽范围、高精度的优点，能够满足各种需求。因此应用广泛，是最有前途的理想调速方式。特别是在要求动态精度的场合，电流源高压变频器具有明显的优势。电力生产对高压变频系统有很多要求。主要包括以下几个方面:第一，对电网电压波动的适应性是指它能在较大范围的电网电压波动下正常工作。这个范围一般是-20%-10%；重合闸后电网继续运行的能力，即电网瞬时失电时，逆变器恢复供电后不能停止运行，应能记忆并迅速恢复到失电前的运行状态；有冗余设计，即允许变频装置局部故障，不影响其他部分运行，在局部故障下继续运行；能够在线维护，即在变频装置连续运行的情况下消除局部故障；谐波小，包括变频器对电网的影响，即输入电流谐波，变频器对电机的影响，即输出电压和电流谐波；要有合适的共模电压和dv/dt，变频器的共模电压和dv/dt会损坏电机的绝缘，影响其使用寿命。如果处理不好，也会损坏变频器本身。另外，高压变频器使用的功率元件都是半导体器件，使用时的温度限制非常严格，在超温的情况下很容易损坏元件，所以在使用环境中要充分考虑通风降温措施。

2.在煤矿的应用。

主要介绍变频器在矿井提升机和风机中的应用。

交流调速系统的转子串联电阻下垂模式在过去得到了广泛的应用。由于这种模式存在很多问题，已经被变压变频调速方案逐步淘汰。

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