高压变频器驱动组成部分

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1、高压变频器驱动系统的组成上海电气自动化设计研究所胡纲衡唐瑞球　　本讲介绍高压变频驱动系统的组成，包括标准高压大功率变频系统、带输出变压器(间接型)的高压变频系统、多重式的变频系统和带旁路的高压变系统。在这之前，我们先简单介绍一下常用高压变频器的分类。3.1常用高压变频器分类　　高压变频器通常按其主回路分类。随着新型大功率电力电子器件的性能不断改进，大容量高压变频器仍处于不断发展之中。因此，它不象小功率变频器那样具有基本相同的结构,而是随着使用场合和功率的大小可以有不同方案的选择。目前常用的高压变频器

2、有以下一些类型:　　按照变频过程中有无中间直流环节，高压变频器分为交交变频和交直交变频。　　交交变频器是把固定频率的电网交流输入直接变换为频率可调的输出交流功率。通常由三组反并联晶闸管及可逆桥式变流器组成。具有过载能力强、效率高、输出波形较好等优点，但存在输出频率低(最高频率小于电网频率的1/3-1/2)、使用功率器件多、输入无功功率大、高次谐波对电网影响大等缺点。交交变频器可用于驱动同步电动机或异步电动机，在大型轧机的主传动中使用较多。　　交直交变频器先将电网输入的交流电变为直流电，然后再在变流电

3、路中将直流转变为频率可调的交流输出功率。交直交变频器具有结构简单、输出频率变化范围大、功率因数高、谐波易于消除、可使用各种新型大功率器件等优点，因此应用面广且使用范围愈来愈大。限于篇幅，本章主要介绍交直交变频器。　　常用的高压变频器中所使用的变流大功率电力电子器件，有晶闸管(SCR:Thyristor)、可关断晶闸管(GTO:GateTurnoffThyristor)、大功率晶体管(GTR:GiantTransistor)、绝缘门双极晶体管(IGBT:InsulatedGateBipolorTran

4、sistor)和集成门控变流晶闸管(IGCT:InsulatedGateCommutatedThyristor)等。因此，也常根据所使用的变流器件来称呼该变频器。　　也可以根据高压变频器的变频调速原理来划分变频器。目前实用的高压变频器工作原理通常有如下几种:　　第一种　使用SCR器件，在前端(输入端)可控整流回路中改变电压幅值、在后端(输出端)逆变回路中调节频率，通过保持V/F为常数的办法实现调频调速。通常称之为脉幅调制方式(PAM方式)。这是比较早期开发的高压变频器，但目前仍在大容量或超大容量变频

5、器(如大功率同步电动机的调速和软起动)中得到应用。　　第二种　是目前在中小容量变频器中普遍使用的脉宽调制方式(PWM方式)。由于此种方法技术先进、性能优异、线路结构简单、而且可使用IGBT、GTO等先进半导体开关器件。所以，随着新型器件的开发，其电压等级和电流通导能力的不断提高，PWM形式的变频器将逐渐占据高压变频器的主导地位。　　此外，基于电压空间矢量菱形调制原理开发的三电平变频器，近来也得到迅速的发展。它实际上是PWM技术的进一步发展。　　在交直交变频器中，按中间储能环节所用电容或电感的不同，又

6、分为电压型和电流型变频器。3.2标准高压变频驱动系统　　一个标准的高压大功率变频驱动系统的单线图如图3-1所示。现将其主要部件说明如下:(1)输入变压器　　由于高压变频器逆变电路的开关特性，在它的输出端会产生共模电压。输入变压器可以起到隔离作用，使电机的定子电压与电网中性点无关，以防电机的绝缘由于受到共模电压的作用而影响使用寿命。这对于现有电机的改造项目尤为重要。输入变压器还可以在电网与变频器之间提供一个感抗，减小波形畸变。　　抑制共模电压也可采用其他方法，比如采用新型的电路结构等。如果线路设计得好

7、，或所选用电机的绝缘强度高，也可以不用输入变压器。　　输入变压器还可以降低高压，以便使用较低电压的电机和变频，降低成本。这就是所谓的“高－低－低”方案。(2)输入滤波器和功率因数补偿器　　如果变频器的功率占电网额定输出功率相当大的部分，变频器的电流波形畸变有可能使电网电压的波形畸变超出规定范围。这时就必须增加输入谐波滤波器或功率因数补偿器。(3)断路器或其他配电电器:由于不存在直接起动的过电流现象，对高压电器的过电流要求相对降低，这对提高设备的使用寿命有利。(4)变频器:变频器的合理选择和应用将在“

8、高压变频器的选型设计”一讲中详细介绍。3.3带输出变压器的变频驱动线路　　带输出变压器的变频驱动线路如图2所示。　　在这种结构中，变频器采用了比电网低的电压。较高的电网电压(如6KV或10KV)经输入变压器降压后，由低电压的变频器变频，其输出再通过输出变压器升至电动机的额定电压，实现变频调速。此方式可用低电压的变频器对高电压的电动机进行调速，常称为“高－低－高”/“高－中－高”方式或“间接式”变频方式。　　间接式变频方式比较适合于调速比要求不高、功率在1500KW以下