高压变频器与液力耦合器的性能比较

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1、高压变频器与液力耦合器的性能比较摘要：在大型工业领域中，大功率电动机拖动的系统需要进行工艺控制和节能降耗而需要进行调速。首先大规模应用机械调速方式是液力耦合器调速，在电力电子产品的性能稳定与价格的降低后，高压变频器开始大规模进放电机调速领域，并占领电机调速的主要份额。通过两种调速节能的装置进行其优缺点的比较，提高对大功率电机调速节能的深入了解。关键词：调速节能变频器液力耦合器一、引言在工业领域中，大功率电动机是整个工业系统心脏，其耗电量占全国发电总量的30%以上，是能源消耗份额最大的系统。大功率电机拖动的大中型风机、水泵的耗电量约占风机水泵耗电总量的50%

2、以上。由于大型系统中的各种工艺要求，其风机、水泵都是按照最恶劣的环境设计，在大部份运行时间中，都是属于大马拉小车的状态，简单的调节方式是采用档板或阀门来调节风量或流量，以满足负荷变化的要求，其能量损耗相当严重。采用改变电机转速来实现调节风量或流量，无疑对节约能源，提高设备工作效率意义非常重大。但对于客户来说如何根据自己的客观情况，选择一种经济实用的调速方式，是摆在他们面前的实际问题。本文从理论和实际两个方面对于应用高压变频器和液力耦合器的优缺点进行全面的分析和比较。二、高压变频器的工作原理与性能特点：(一)、高压变频器的发展过程：高压变频器是随着现代电力电

3、子器件的发展而逐步发展起来的一种高压电机调速产品，发展阶段大致为：(1)从功率元件上分：GTR、GTO、IGBT、IGCT。(2)从结构方式上分：高-低-高、三电平、二极管钳位多电平串联、电容钳位多电平串联、多电平单元串联叠加、直接矢量控制电流源逆变器。(3)从控制方式上分：晶闸管电容强制换相、晶闸管电感强制换相、GTO自关断、IGBT电压控制自关断、IGCT电流控制自关断。(4)从控制系统上分：模拟控制，数字工控机控制，数字FPGA控制，数字DSP控制。(二)、多电平单元串联叠加型高压变频器的基本构成：(1)主回路构成：由高压变频器、远控操作箱、机旁操作

4、箱及旁路开关柜等部分组成。其中机旁操作箱和旁路开关柜为选配设备，旁路开关柜可以采用手动或自动旁路形式，系统的单线原理图如图所示：图1系统的单线原理图(2)高压变频器的构成：内部是由十八个相同的单元模块构成，每六个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移相切分变压器进行供电，原理图如下：图2高压变频器内部结构图(3)功率单元构成：功率单元是一种单相桥式变换器，由输入切分变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制，产生设定的频率波形。变频器中所有的功率单元，电路的拓扑结构相同，实行模块化的设计。其控制通过光纤发送。原理框图如

5、下所示：图3功率单元原理框图来自主控制器的控制光信号，经光/电转换，送到控制信号处理器，由控制电路处理器接收到相应的指令后，发出相应设的IGBT的驱动信号，驱动电路接到相应的驱动信号后，发出相应的驱动电压送到IGBT控制极，操作IGBT关断和开通，输出相应波形。功率单元中的状态信息将被收集到应答信号电路中进行处理，集中后经电/光转换器变换，以光信号向主控制器发送。(三)、高压变频器运行原理：高压变频器的每个功率单元相当于一个三电平的二相输出的低压变频器，通过叠加成为高压三相交流电，以6KV变频器为例，论述：6KV输出电压的变频器，每相有6个功率单元相串联。

6、单元的输入电压为三相600V，输出则为单相577V，单元相互串联叠加后可输出相电压3464V。当变频器输出频率为50HZ时，相电压为13阶梯波，如下图所示。图中UA1…UA6分别为A相6个功率单元的输出电压，叠加后为变频器A相输出电压UA0。图中显示出了生成PWM控制信号时所采用A相参考电压UAr，可以看出UA0很好地逼近UAr。UAF为A相输出电压中的基波成分。图3相电压回路叠加波形由于变频器中点与电动机中性点不连接，变频器输出实际上为线电压，由A相和B相输出电压产生的UAB输出线电压可达6000V，为25阶梯波。如下图所示，为输出的线电压和相电压的阶梯

7、波形，UAB不仅具有正弦波形而且台阶数也成倍增加，因而谐波成分及dV/dt均较小。图4线电回路叠加波形(四)多电平单元串联叠加型变频器的三相波形输出质量：高压变频器在运行后，将输入的工频的三相高压交流电转化为可以进行频率可调节的三相交流电，其电压和频率按照V/F的设定进行相应的调节，保持电机在不同的频率下运行，而定子磁心中的主磁通保持在额定水准，提高电机的转换效率，在下图中是在现场运行时，经过PT采集的电动机三相输入波形：图5电动机入电压波形多重叠加应用，高压变频器输出电压的谐波含量很低，已达到常规供电电压允许的谐波含量，同时输出电压的dV/dt较小，不会

8、增加电机绕组的应力，可以向普通标准型交流电动机供电，不需要降容或加