6KV-900KW功率单元级联型高压变频器的研制第1章绪论

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1、硕士学位论文第1章绪论1.1引言近年国家有关部门统计的全国风机、水泵和压缩机占全国用电量的比例如表1.1所示，各类工、农业部门中风机、水泵的耗电量如表1.2所示。表1.1全国风机、水泵、压缩机用电量与耗电量全国装备台数估计装备功率估计耗电量占全国用电量装备名称（万台）（万KW）（亿KW.h）（％）风机30006000110021水泵700300055010压缩机50020004007.28表1.2各工、农业部门风机、水泵耗电量风机用电量水泵用电量整个部门用电量风机水泵用电工农业部门（亿KW.h）（亿KW.h）（亿KW.h）量所占的比例电力工业36.580160.8772.5化肥工业

2、29.115524276煤炭工业17.039.78169.0333.6炼油工业4.51533.5358油田45.872.4563农业排灌155.3318389[1]我国风机、水泵用电现状：(1)大量设备陈旧，运行耗电量过大，目前我国风机、水泵的效率比国外同类产品的效率低5％－10％。设计中过多地考虑建设前、后期工艺要求的差异，选型裕量过大，使设备长期在低负载、低运行效率下工作。(2)需要调节流量的场合，绝大部分采用挡板和阀门来调节风量或流量，节流功率损耗非常大，如果改为调节转速则可以节约大量的电耗，降低机泵的转速，可以使流量成比例减小；压力减小的幅度更大，成平方关系减小；轴功率降低

3、的幅度再大，成三次关系减少。“十五”能源发展重点：实施“电机系统节能”计划，未来五年，国家将建设一批电机调速的示范工程，其中包括以元器件、电工技术变频装置制造、相关配套设备一体化开发为主要的高压变频示范工程。目前，我国有70%的电机只相-1-6KV－900KW功率单元级联型高压变频器的研制当于国际50年代的技术水平，电机驱动系统能效比国外低20%左右，节能潜力巨大。“十五”期间，要通过“电机系统节能”计划的实施，实现年节电1000亿千瓦时。进一步落实《节能法》，提高能源效率。加大科研投入，对那些量大面广的节能技术进行研究、示范与推广。明确制定和实施新增能力的设备能效标准，出台主要民

4、用耗能产品的能效标准。实施大型的节能示范工程，引导消费行为，对节能成效比较显著的设备和产品推行政府采购。1.2高压变频器类型及特点[2]高压变频器根据其高压组成方式可分为：直接高压型和高一低一高型。直[3]接高压型根据有无中间直流环节可分为：交－交变频器和交－直－交变频器。在交－直－交变频器中，按中间直流滤波环节的不同又可分为：电压源型和电流[4]源型。1)高－低－高型高－低－高型高压变频器，亦称间接高压变频器，它由输入、输出变压器和低压变频器组成。输入变压器为降压变压器，它将高压电源降至变频器所允许的电压，经低压变频器后，再经输出变压器即升压变压器升压后，供给高压电动机。高－低－

5、高型高压变频器由于经历两次电压变换，增加了电能损耗，影响了节能效果，并且占地面积大，还产生了大量的高次谐波，具有较明显的缺陷。由于这种技术难度相对较少，投资相对较低，故适用于功率小于200KW的高压电动机。2)直接高压型直接高压交直交变频器直接输出高压，无需输出变压器、效率高、输出频率范围宽，应用较为广泛。目前，使用较为广泛的几种直接高压交－直－交型变频器及其派生方案包括：电流源型变频器(晶闸管电流源型、GTO-PWM式电流源型)、三电平PWM电压源型变频器、单元串联多电平PWM电压源型变频器和高耐压开关器件型变频器。下面将分别对前面提到的几种直接高压交－直－交型变频器及其派生方案

6、的各自特点加以介绍，并从其成本、可靠性、输入功率因数、输出谐波、系统效率以及能否四象限运行等方面加以比较。(1)电流源型高压变频器电流源型变频器技术成熟，它采用大电感作为中间直流滤波环节。整流电路一般采用晶闸管作为功率器件，主要目的是采取电流PWM控制，以改善输入电流波形。由于存在大的平波电抗器和快速电流调节器，所以过电流保护比较容易。当逆变侧发生短路时，由于电抗器存在，电流不会突变，而电流调节器会立即响应，使整流电路晶闸管的触发延迟角迅速后移，电流能控制在安全范围内。为了对接地短路也实现保护，通常把滤波电抗器分为两半，上下直流母线各串一半。电流源型变频器的一大优点是能量可以回馈电

7、网，系统可以实现四象限运行。虽2硕士学位论文然直流环节电流的方向不能改变，但整流电压可以反向，能量可以回馈到电网。但由于受到功率器件耐压水平的限制，对于高压电流源型变频器来说常采用晶闸管串联的方式实现高压输出，这就会产生高压时所具有的串联器件动态和静态均压问题。并且多数电流源型变频器的输入和输出电流波形中含有丰富的谐波成分，这样就会引起电动机的附加发热和转矩脉动。由于电源侧采用三相桥式晶闸管整流电路，输入电流的谐波成分较大，为了降低谐波，可采取多重化，有的还必须加输入