高压大功率变频器技术 2.ppt

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1、高压变频调速系统中国矿业大学电力传动与自动控制研究所二O一O年四月蒯松岩(博士、副教授)第一章电力电子高压变频器的主要类型1.概述按国际标准(IEC60038:1983)和中国国家标准(GB156-2003)的规定。电压被分为<1kv、1~35kv、35~220kv、>245kv四个等级。在1~35k电压段，我国使用3kv、6kv、10kv和35kv四个标准电压。习惯上将3kv、6kV、10kv电动机称为高压电动机，相应地,将用于驱动该电压等级电动机的变频器通称为高压变频器。在欧美国家，在此电压区段常见的标准电压有3.3kV、6.6kv、11kV、4.16kV(该电压仅适用于北美洲)等多

2、种，归属中压范畴，相应电压等级的变频器一般称中压变频器。高压变频器是应高压交流电动机无级调速的需要而诞生的，它利用电力电子器件的通断作用将工频电源变换成为了另一种频率的电能控制装置，直接供给高压电动机使用。高压变频器是迄今为止最理想的高压电动机的调速装置。1.1高压变频器的发展高压变频器是随着大功率电力电子器件的迅速发展而发展起来的，只要电力电子器件有了新的发展，高压变频器就一定有个新飞跃。从主回路结构上来看，高压变频器的发展可分为两个阶段。第一阶段是以晶闸管(SCR)作为主要电力电子器件的交—交型高压变频器产品;第二阶段是广泛采用了双极性晶体管(GTR)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)

3、、集成门极换流晶闸管(IGCT)等电力电子器件的交-直-交型高压变频器产品。国外第一台高压变频器—交一交变频调速的异步电动机矢量控制系统，由日本的东芝电器公司在1980年研制成功.电动机容量为1800kw。1981年，德国西门子公司研制成功了交一交变频的同步电动机矢量控制系统，电动机容量为4000kw。1982年，口本富士公司研制成功了交一交变频的同步电动机调速系统.用于初轧万L主传动，电动机容量2500kw。国内开发、研制工作是从20世纪80年代末开始的，到20世纪90年代陆续推出了国产的高压变频器。1994年，冶金部自动化研究院为天津中板厂成功研制了5000kw轧机全数字交一交变频同

4、步电动机调速系统。1.2高压变频器的工作原理、电路构成1.2.1工作原理按照电机学的基本原理，交流异步电动机的转速满足如下的关系式:式中:n—电动机的实际转速;no—电动机的同步转速:p—电动机的极对数;f—电动机的运行频率;s—电动机的滑差。从式中看出，电动机的同步转速no正比于电动机的运行频率(no=60f/p)。由于滑差s一般情况下比较小(0~0.05)，电动机的实际转速n约等于电动机的同步转速no，所以调节电动机的供电频率f,就能改变电动机的实际转速。这就是高压变频器的工作原理。电动机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差越大。在电源频率不变的情况下，电动机的实际转速还会随负载的增

5、加而略有下降。1.2.2电路构成高压变频器的技术种类多种多样。但是，无论对哪种产品而言。从电路构成上来说，高压变频器的电路都分为主电路和控制电路两部分，其电路框图如图1-1所示。主电路(IGBT、IGCT、GTR等电力电子器件做逆变器件)给电动机提供调压、调频电源:此电源的输出电压或输出电流及频率，由控制电路的控制指令进行控制;而控制指令则根据外部的运转指令进行运算获得;对于需要更精密速度控制或快速响应的场合，运算内容还应包含变频器主电路和传动系统检测出来的信号;保护电路除用于防止因变频器主电路的过电压、过电流引起的损坏外.还应保护电动机及传动系统。图1-1高压变频器的电路框图1、主电路

6、给电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为变频器的主电路。通常，高压变频器的主电路由三部分构成,即将工频电源电压变换为直流功率的整流器，吸收整流器和逆变器产生的电压或电流脉动的滤波电路,以及将直流功率变换为交流功率的逆变器。2、控制电路给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的电路，称为控制电路。如图1-1所示，在点画线框内，仅以控制电路A部分构成控制电路时，无速度检测电路，为开环控制:在控制电路B部分，增加了速度检测电路，因此，对于转速指令，可以进行使电动机的转速控制更精确的闭环控制。在控制电路中.又包括以下几部分电路。①运算电路。将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电

7、流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。②电压、电流检测电路。与主电路电位隔离，检测电压、电流等的电路。③驱动电路。为驱动开关器件的电路。它与控制电路隔离，使主电路开关器件导通、关断。④速度检测电路。以装在电动机轴上的速度传感器的信号为速度信号，将其送入运算电路，根据指令和运算结果可使电动机按指令转速运转，⑤保护电路。检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止变频器和异步电动机的损坏，使变频器停止工