单元串联式高压变频器的原理与实现

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1、致谢本论文的：[作是在我的导师金新民教授的悉。ts,手n‘导下完成的，金新民教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来金新民老师对我的关心和指导。会新民教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向金新民老师表示衷心的谢意。在实验室工作及撰写论文期间，刘军等同学对我论文中的仿真研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。1．1选题来源和背景1引言电力电子技术是采用电力半导体器件和电路，对电能进行变换、控制和优化利用的--FJ技术⋯，电力电子技术自20世纪50年代诞生以来，经过半个世纪的飞速发展，至今已被广泛应

2、用于电机调速系统、电力系统及各种电源系统等工业生产和民用部门。在低压小功率的用电领域，电力电子技术的许多方面已渐趋成熟，将来的研究目标是高功率密度、高效率、高性能；而存高压大功率领域的应用成为电力电子技术的研究重点瞳1。截止2006年底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5．08亿kW。其中火电装机约占80％，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2力．亿kwh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20％左右。全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达12000亿kwh，占全国总用电量的60％，占工业用电量的80％；其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kwh

3、，占全国总用电量的40％左右。70％以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5％左右调速运行。若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50％进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40％为中高压电机，容量占60％。若按电机平均出力为60％，年运行4000h，平均节电率为20---,30％(平均25％)计算，则年节电潜力为600亿kwh!整个电机系统的节电潜力约为1000亿kwh。根据国家节能计划，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能15白匕FJF_,力需投资2000元(约为开发等量

4、能源费用的三分之一)，则每年需节能投资600亿元，“十五"期间共需3000亿元人民币，“十一五”期间将更多由于我国经济的高速发展，发电装机仍以高速发展。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距我国火电机组的平均煤耗为4009kWh，比发达国家高出约70～lOOgkWh：发达国家发电厂的厂用电率为3．7％～6％，而我国的厂用电率为4．7％'-"10．5％，加之线损，我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9．5％，相当于22000MW装机容量，即22个百万大厂的年发电量。因此，我国的节能形势十分严峻!此外，大型电动机启动冲击问题也相对突出，从近年来华北地区发电厂厂用电动机的故障统

5、计结果看，约有15％是山启动时的大电流及对绕组上的过大电磁力直接引起的，定子绕组接头丌焊、转子鼠笼断条等缺陷也与启动冲击有关，因而短的检修周期带来的检修费用也相当可观。美国电力研究院早在1981就丌始研究电力电子调速传动在电厂大型异步电动机上的应用，并在1984—1989年进行了连续5年的风机和泵类负载大型异步电动机变频调速现场试验，对大型变频调速装置的经济性和运行可靠性得出肯定的结论。目前我国大型异步电动机应用变频调速还刚刚起步，但国外已经广泛使用，而且随着电力电子器件的发展，高压变频装置的型式多种多样。通过他们长期的运行实践表明：应用高压大功率变频调速系统的经济效益良好、其可靠性也可以得到

6、保证。随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，带动了交流传动技术同新月异的进步。目前，电气传动技术『F面临着一场历史性的革命，即交流调速取代其它调速及计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速、起动和制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为是最有发展前途的调速方式[3]。1．2高压变频的发展趋势与现状1．2．1电力电子的发展及应用变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机

7、技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等)，并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速