中压大功率变频技术的进展

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1、中压大功率变频技术的进展中山市明阳电器有限公司薄保中BoBaozhong摘要:风机、泵类负载采用电动机调速传动可以节约大量的电能，文中介绍了中压大功率电动机变频装置的国内外产品技术现状和发展趋势，重点介绍了目前比较流行的多电平变频器。关键词:变频多电平中压大功率Abstract:Variablespeeddrivescansavealargemountofelectricenergywhentheyareusedforfansandpumps.Techniquestatusquoanddevelopmenttrendsofmedium

2、-voltagehigh-powerinverterproductsarepresentedinthepaperandthefocusisonmultilevelinvertersthatarecurrentlyusedKeywords:InverterMultilevelMediumvoltageHighpower[中图分类号]TP20[文献标识码]B文章编号1561-0330(2003)-01-0013-051引言按照电力系统电压等级的划分，kV级电压应称为中压，用于驱动电动机的变频器相应称作中压变频器，英文术语MediumVol

3、tageInverter，在国内电工界工程技术人员将其与低压380V对比，而俗称为高压变频器。风机、泵用调节转速来调节风量(或流量)后，可以节约大量的电能。据统计，风机、泵类电动机节电率一般为30%~60%。风机、泵类负载用中压变频器占中压变频市场的四分之三左右，调速性能要求不高，节能效果又非常显著，因而成为不少厂家抢占市场的首选领域。风机泵类负载采用调速传动虽然可以节约大量电能，过去由于没有合适的中压大功率交流调速装置，推广应用受到限制，特别是早期投产的大功率风机和泵的传动，缺少简单、可靠、经济实用的中压电机调速装置，节能调速基本没

4、有推广，因此国内技术设备改造市场很大。近年来，随着电力电子器件的发展，中压变频器技术日趋成熟，中压变频器应用也越来越广泛。早期的中压电动机变频方案采用低压变频器和输入输出变压器组成的“中-低-中”方案，近年来流行的方案都取消了输出变压器，即无输出变压器“transformer-less”方式。下面简要介绍目前常用的技术方案。2大功率中压变频器主电路技术方案大功率风机和泵一般采用中压(1～10kV)交流电机传动，根据实现中压的途径，中压变频方案又大致可以分为两类:一是有输出变压器的中-低-中方案;二是无输出变压器的中-中方案。中压变频调

5、速装置采用输入、输出变压器，变压器和开关增加了成本，使系统复杂，增加了损耗，使这个方案失去了吸引力。近年来，无输出变压器的中-中方案非常流行，这种方案通过两条途径实现:一是器件串联;二是多电平电路结构。2.1有输出变压器的中-低-中方案中-低-中方案如图1所示，先用1台降压变压器把中压降为低压，经通用的低压变频器变频，再用1台升压变压器把低压升至中压。其优点是采用了标准低压变频器;缺点是多用了2台变压器，增加了成本和占地面积，降低了系统的效率。另外，输出变压器也限制了磁场定向矢量控制等先进控制方法的应用。2.2无输出变压器的中-中方案

6、(1)器件串联方案6无输出变压器的器件串联方案一般采用GTO两电平电流源逆变器，如图2所示，采用三相逆变桥，为了实现较高的电压输出，采用器件串联的方法，典型产品如AB公司的GTO电流源型逆变器，3个GTO器件串联，交流侧采用电容器滤波作为输出滤波器，电压、电流波形都接近正弦波。为了削弱输入电流的谐波，网侧变流器采用18或24脉波多重化整流电路，中间直流环节采用电感滤波。这种方案的突出优点是能量回馈容易，易于实现四象限运行，控制系统的动态性能较好;缺点是功率器件需要串联，需要解决动静态均压问题。(2)多电平方案多电平变流器用于大功率场合

7、较器件串联方法有许多优点，如输出波形较好，减小了dv/dt，消除了器件串联实现带来的困难。一般的多电平变流器结构是将若干电平合成一个正弦波，所谓的“多电平”始于三电平，由A.Nabae等于1981年首次提出，随着电平数目增加，合成的输出电压波形台阶数也增加，使得输出电压波形更逼进正弦波形。我国标准中压电压等级为6kV和10kV，若直接变频，即使采用4.5kV或6kV的器件仍需串联，避开器件串联问题而采用多电平技术是一个较为合适的方案。例如，采用GTO器件的三电平变频器，GTO电压、电流等级达4.5～6kV、4～6kA，元件无需串并联，

8、逆变器容量可达10MVA，可以满足大功率风机和泵的传动要求。多电平电路结构目前主要有三种:a)二极管嵌位(Diode-Clamped)多电平逆变器，三电平逆变器有时也称为中点嵌位(Neural-Point-Clamped