目前高壓變頻器的特性論述
| 、下漂動處理，空載和輕載漂動小，隨負(fù)載的加重或動態(tài)變化，電容難以支撐中點(diǎn)位，特別是各電容的容抗不等因素，箝位中點(diǎn)也穩(wěn)不住，箝位電壓隨之浮動。中點(diǎn)的浮動的幅度大小，將會產(chǎn)生輸出電壓的非對稱性，輸出諧波，波形失真，共模電壓的增大變化。其表現(xiàn)為，若輸出端在不接電抗器，直接連高壓電機(jī)運(yùn)行，電動機(jī)會出現(xiàn)劇烈抖動和高熱（這是任何一種方式變頻器都不會產(chǎn)生的現(xiàn)象）。為此，三電平高壓變頻器不管電機(jī)離的遠(yuǎn)近，都須裝輸出電抗器，解決電機(jī)振動大,噪音大的缺陷。而共模電壓的隱患導(dǎo)致電機(jī)絕緣老化問題。由于三電平逆變開關(guān)模式中存在的多點(diǎn)死區(qū)，而需長死區(qū)時間保障開關(guān)切換就帶來很高的共模電壓。其缺陷是由電路特點(diǎn)，硬件產(chǎn)生的，單靠優(yōu)化控制軟件，只能收到微小的效果。還需同佳靈JCS型一樣，增加輸出共模抑制器方可有效。 三電平在輸出電壓較低時，實(shí)際上也相當(dāng)于二電平的電壓波形，其11、13、17 次諧波含量仍很高，諧波電流仍很大。若不加濾波器，還只能用供應(yīng)商的專用電動機(jī)，且其輸出電壓只能達(dá)4200V，實(shí)際上是在后面加上了升壓變壓器才能達(dá)到。 3.3.2 產(chǎn)品特點(diǎn) 1）效率極低 三電平變頻器的結(jié)構(gòu)簡單，但二極管的增多、線路增多，況且每個IGBT的驅(qū)動波形不一致，也必將導(dǎo)致箝位和開關(guān)性能的不一致。 功率元件的導(dǎo)通和關(guān)斷是由箝位二極管來保證的。箝位二極管的耐壓要求高，快恢復(fù)性能好，主器件數(shù)量多，致使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而且擴(kuò)展能力有限。 2）變頻器容量需增大20%，投資高 開關(guān)器件的導(dǎo)通負(fù)荷不一致?？拷妇€的開關(guān)和靠近輸出端的導(dǎo)通負(fù)荷不平衡，這樣應(yīng)導(dǎo)致開關(guān)器件的電流等級不同。在電路中，如果按導(dǎo)通負(fù)荷最嚴(yán)重的情況設(shè)計(jì)器件的電流等級，則每相有2＊（m-2）個外層器件的電流等級過大，造成浪費(fèi)。變頻器輸出線電壓4.16kV，電機(jī)三角形接法為3.3kV，變頻器輸出必降壓設(shè)定為3.3kV。變頻器將產(chǎn)生無用功率為：4.16kV—3.3kV=0.86kV 在使用選型時，變頻器的容量至少需增加20%的匹配容量，而增大投資。 3）由于需星 / 三角變換裝置，才能實(shí)現(xiàn)工頻 / 變頻切換對于6kV高壓電機(jī) 三電平變頻器采用Ｙ/△改接的辦法，將Ｙ型接法的6kV電機(jī)改為△接法。 但在進(jìn)行了Ｙ/△改接后，電機(jī)的電壓與電網(wǎng)的電壓不一致，無法實(shí)現(xiàn)旁路功能，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，又要保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，必須首先將電機(jī)改回Ｙ型接法，再投入6kV電網(wǎng)。為此，電機(jī)的改接必須加裝Ｙ/△切換柜實(shí)現(xiàn)，以便實(shí)現(xiàn)旁路功能。 4）輸出諧波含量大，需要專用變頻電機(jī)。 由于三電平變頻器，所固有的輸出波形中含高的諧波分量，使得輸出性能不良好。輸出電流、電壓波形見圖2。低速區(qū)變頻器的波形極差，基本上不能滿足工況的要求。因此，在變頻器的輸出側(cè)必須配置LC濾波器才能用于普通的鼠籠型電機(jī)。同樣由于諧波的原因，電動機(jī)的功率因數(shù)和效率、甚至壽命都會受到一定的影響，只有在額定工況點(diǎn)才能達(dá)到******的工作狀態(tài)，但隨著轉(zhuǎn)速的下降，功率因數(shù)和效率都會相應(yīng)降低。輸出電壓諧波5.、7高，11次、13次諧波達(dá)到20%以上，會引起電動機(jī)諧波無功發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動，這對電纜和電動機(jī)都是致命的影響。因此，外商一般都力薦采用專用電動機(jī)。 3.4單元串聯(lián)多重化變頻器 曲拆多脈沖變壓器 整流 IGBT單元串聯(lián)多電位重疊間接高壓方式 電壓變換方式：電源 變壓器（R1） 單元串聯(lián)變頻器（R2） 電機(jī)（R3） 系統(tǒng)等效阻抗R=R1+R2+R3 3.4.1 主電路 單元串聯(lián)多重化技術(shù)高壓變頻器，是利用移相主變壓器降壓，再通過多個低壓單相變頻器串聯(lián)和控制器結(jié)構(gòu)組成。各功率單元由一個曲拆多繞組的移相主變壓器降壓供電。變壓器是單元串聯(lián)高壓變頻器設(shè)備電路結(jié)構(gòu)中的一個重要部件。3kV有12個功率單元，每4個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。6kV系列有15個功率單元，每5個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。10kV系列有21個功率單元，每7個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。移相變壓器中，變頻器6kV時需要3×5個繞組，引出主接線頭48根，（10kV時需3×7個繞組，引出主接線頭66根，）。變壓器輸入端采用內(nèi)部三角形，輸出為外部星形的延邊三角形接法。 所謂多重化技術(shù)就是每相由幾個低壓PWM功率單元串聯(lián)組成，各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器多級移相疊加的整流方式供電，由CPU實(shí)現(xiàn)控制再以光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動。輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電。通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組多重化?？蓪?shí)現(xiàn)輸入端（變頻器在高頻段輸出50Hz時）條件下有較低的諧波含量（輸出端諧波含量高）。為6kV變頻器的主電路拓?fù)鋱D，每組由5個額定電壓為690V的功率單元串聯(lián)，因此相電壓為690V×5=3450V，所對應(yīng)的線電壓為6000V。每個功率單元由輸入隔離變壓器的15個二次繞組分別供電，15個二次繞組分成5組，每組之間存在一個12°的相位差。以中間△接法為參考（0°），上下方各有兩套分別超前（＋12°、＋24°）和滯后（－12°、－24°）的4組繞組。所需相差角度可通過變壓器的不同聯(lián)接組別來實(shí)現(xiàn)。 每個功率單元都是由低壓（IGBT）構(gòu)成的三相輸入，單相輸出的低壓PWM電壓型逆變器。每個功率單元按預(yù)編程時序輸出不同相位差的PWM電壓為1、0、－1三種狀態(tài)電平，每相5個單元成階梯疊加，就可產(chǎn)生11個不同的梯度電平波形，圖4為一相合成的輸出正波包絡(luò)電壓波形。這種電壓波形對電單元串聯(lián)機(jī)無特殊要求，可用于普遍籠型電機(jī)。 這種多重化技術(shù)構(gòu)成的高壓變頻器，也稱為單元串聯(lián)電壓型變頻器，采用功率單元串聯(lián)雙“Y”回路，采取變壓器多繞組別分組分壓整流單元均壓，單元電平疊加，變頻器輸出高電壓的正弦波包絡(luò)階梯電壓波形。適應(yīng)普通籠型電機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動。 多重化被稱為“完美無諧波”，是外國某公司營銷技術(shù)名詞，以為中國人對變頻技術(shù)的不了解，用輸入端滿載諧波含量作誤導(dǎo)宣傳，是概念混淆，偷梁換柱的說法。事實(shí)上，變頻器產(chǎn)生的諧波應(yīng)嚴(yán)格分為兩個部分即：1、輸入端諧波含量指標(biāo)，指變頻器對電網(wǎng)產(chǎn)生的騷擾作用。2、輸出端諧波含量指標(biāo)，指變頻器的高頻輻射和對電動機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)轉(zhuǎn)脈動性、溫升、絕緣老化、軸承疲勞的副作用。實(shí)際上人們都知道變壓器本身在作隔離功能的同時將產(chǎn)生新的諧波源，完全正弦的工頻變壓器都存在的勵磁諧波，那非線性整流疊加的的變壓器怎能“完美無諧波”。諧波還是有的，可以說：輸入端諧波含量低，符合標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上《GB/T14549-93，電能質(zhì)量，公用電網(wǎng)諧波》和GB/T12668.4高壓變頻器標(biāo)準(zhǔn)中的輸入諧波含量指標(biāo)，許多高壓變頻都可達(dá)標(biāo)到。單元串聯(lián)多重化是在輸出端建立在120o方波的基礎(chǔ)上，變頻器在額定頻率、額定重負(fù)載時其波形較好，諧波含量較低。在低頻段或輕負(fù)載時波形畸變大，輸出三相電壓非對稱性頻擺加大，電機(jī)磁鏈脈動增大，電機(jī)中性點(diǎn)與變頻器中性點(diǎn)出現(xiàn)電位差，諧波劇增。由于這種結(jié)構(gòu)的變頻器中存在變壓器，如果電機(jī)的中性點(diǎn)沒有接地，電機(jī)就存在共模電壓。當(dāng)電機(jī)的中性點(diǎn)接地后，共模電壓仍然存在，沒有消失，通過接地點(diǎn)轉(zhuǎn)移到變壓器上。讓變壓器來承受共模電壓對絕緣的沖擊和諧波熱能。這就是這什么單元串聯(lián)高壓變頻器變壓器易壞的主要原因之一。變頻器往往是用于低于工頻下作節(jié)能運(yùn)行的，這對電機(jī)壽命是極為不利的。外國某公司高壓變頻器在中國的初期應(yīng)用中都須更換由他們生產(chǎn)的專用電機(jī)。也間接表明單元串聯(lián)多重化變頻器的輸出諧波嚴(yán)重性。 3.4.2 單元串聯(lián)多重化變頻器的技術(shù)特點(diǎn) （1）是一種單變壓器高—低－高的有效方式。采用功率單元串聯(lián)電壓相加回路，采取變壓器多繞組別分組分壓整流單元均壓，單元電平疊加，變頻器輸出高電壓的階梯電壓波形，經(jīng)電機(jī)定子電感濾波，相電壓為正弦波（實(shí)際上就任何變頻器輸出波形很差，只要經(jīng)電機(jī)定子電感濾波，相電壓都為正弦波）。 （2）成熟技術(shù)易于組合不同電壓輸出的要求。由于采用功率單元串聯(lián)，采用低壓變頻器成熟技術(shù)，由低壓IGBT組成逆變單元，通過串聯(lián)單元的個數(shù)適應(yīng)不同的輸出電壓要求； （3）功率單元模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、單元間具有互換性。由于多功率單元具有相同的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，便于單元間具有互換性，實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)，即使在個別單元故障時也可通過單元旁路功能將該單元短路，系統(tǒng)仍能降額地可運(yùn)行。 （4）實(shí)現(xiàn)工 / 變頻切換操作簡單。若考慮變頻器故障后的工頻運(yùn)行，可增設(shè)一個簡單切換裝置，可方便地通過倒切開關(guān)，切換到工頻運(yùn)行。 （5）需制造復(fù)雜而昂貴的移相變壓器。由于系統(tǒng)中存在著必須的移相變壓器，系統(tǒng)效率再提高不容易實(shí)現(xiàn)；移相變壓器中，6kV三相6繞組×3（10kV時需12繞組×3）延邊三角形接法，在三相電壓不平衡（實(shí)際上三相電壓是不可能絕對平衡的）時，產(chǎn)生的內(nèi)部環(huán)流，必將引起內(nèi)阻的增加和電流的損耗，也相應(yīng)的就造成了變壓器的銅損增大。此時，再加上變壓器的鐵芯的固有損耗（勵磁功率是為不變因數(shù)），變壓器的效率就會降低。也就影響了整個系統(tǒng)的效率，并隨負(fù) |
