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高压变频调速技术状况

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变频

高压变频调速技术状况

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高压变频调速技术状况
1、 引言
我½高压交流电动机的标准电压等级为 3kV、6kV、10kV,进入 20 世纪 90
年代,为便于变频调速装½适应功率变换器件的电压等级,开始生产 1650V 的非
标电压的交流电动机,
应该说这是一种权宜之计。高压变频器解决了高压交流电
动机的调速的难题。
高压变频器以高压大容量电力电子器件为基础,微电子控制
技术为核心。
进入 20 世纪 90 年代高压大功率场控型自关断电力电子器件的登场
以及单片机为核心的微电子数字控制技术性½的提高,
推动了高压变频调速技术
的发展,
开始应用到中高压领域的电动机驱动,并以良½的调速性½和高效节½
效果赢得了人们的认可,正在得到广泛应用。目前高压变频器的主要类型有高-
½-高式变频器,高-½式交-交变频器,高-½式多级串联型变频器,高-高
式直接变频器,
高-高式多电平变频器。对交-交式高压变频器中的功率变换器
件采用普通晶闸管 TH,光控晶闸管 LATT,门极可关断晶闸管 GTO,将来会采用
场控晶闸管 MCT。对其他类型变频器中的功率变换器件采用 IGBT,MCT,GTO,集
成发射式门极晶闸管 IEGT,集成门极强驱动晶闸管 IGCT,SGCT 等,控制方式采
用 PWM 控制,
控制系统采用数字信号处理器加 FPGA 控制;继电保护采用 PLC 系统,
高½电½隔离大部分采用光纤传输,也有采用电磁隔离的,人机界面采用 PMU
等液晶触摸操½盘。½外 SIEMENS,ROBICON,AB,ABB,东芝等著名电气公司生
产的 HV 变频器占据了我½高压变频器的主要市场,
随后冶金自动化研究设计院,
利德华福等少数单½也相继自主开发高压变频器,以价格优势也占了一席之地。
2、HV 变频器的类型及特点
根据驱动对象及用户要求,合理选择相应的高压变频器。
2.1 高-½-高式变频调速系统
随着½压变频器技术的成熟和性½的提高,
人们很快找到了解决中高压交流
电动机变频调速的难题,将供电电压 50Hz,6kV 或 10kV 通过 10(6)kV/380V 降压
变压器经½压变频器变频,再用 380V/10(6)kV 升压变压器升压后驱动电动机,
即所谓的高-½-高式变频调速系统,如图 1 所示,由此解决了高压的麻烦,风
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险小,可靠,一次投资相对½廉,½用方便,½增加了两台变压器的损耗,效率
½,适用于中小容量高压交流电动机的变频调速。
图1
2.2 交-交高压变频器调速系统
高-½-高式变频调速系统
交-交式变频器为直接变频调速,功率变换器件可采用普通晶闸管,靠
电源自然换流,无需换流电路,具有过负荷½力大,效率高,输出电压和电流为
正弦波,技术成熟可靠,容易实现大容量化,只适用于½速大容量传动,已被广
泛用于提升机,
粗½机和连½机。冶金自动化研究设计院已为各类用户提供了近
六十套大容量交-交变频装½。系统的典型结构如图 2 所示。
图2
交-交式变频装½典型结构图
10(6、3)kV 工频电源经输入变压器降压到 1650V 经交-交式变频器变频输
出驱动电动机,
输出变压器可采用一台三相 12 绕组或三台三相 6 绕组变压器、3
个功率变换柜、控制柜、PLC 柜构成。
主回路功率变换器件目前主要采用普通高压大容量晶闸管,
未来交-交式变
频器将应用高压大容量场控型自关断器件 MCT,IGCT 及光控晶闸管 LATT,多级
串联构成交-交式变频器,
采用晶闸管和 MCT 或 IGCT 构成混合型交-交变频器,
以实现功率因数接近 1,½谐波,高效率,½损耗。
2.3 高-½式多级串联型变频器
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采用多级½压变频单元串联构成高压变频器,输入变压器为多绕组变压
器,功率单元为独立的 IGBT H 桥智½模块,进行多个串联;通过输入变压器各二
次绕组相½差,实现系统的多重化。通过波½连续叠加法,对 6kV 系统,输入变
压器二次的 18 个独立绕组对应 18 个功率单元独立工½,进行 PWM 控制,实现堆
压成 6kV 输出,½输出波½正弦化,实现系统的无谐波化。
系统的原理如图 3 所示,
功率单元原理如图 4 所示,功率变换器件目前主要
有高压 IGBT,SGBT,GTO,IGCT,将来会应用 MCT,静电感应晶闸管 SITH 等新型
功率器件。
2.4 高-高式直接变频器
高-高式直接变频器是采用高压功率器件直接串联或二极管箝½组成中性
点箝½电路,
构成多电平电压型高压变频器,
功率器件主要有 IGBT,
IGCT,
IEGT,
GTO 等,将来会采用 MCT,SITH 等高压功率器件。因为没有输入输出变压器,因
此具有高效,½损耗,½积小等特点,是高压变频器的发展方向,三电平变频器
主回路结构如图 5 所示。
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图3
6kV 多级串联型 MV 变频器原理图
图4
H 桥功率单元原理图
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图5
三电平主回路原理结构图
3 用于 MV 变频器的电力电子器件
3.1 MV 变频器对电力电子器件的要求
高压变频器对电力电子器件的要求如下:
(1) 高压大容量化,减少系统的串并联数,提高可靠性和简化系统结构;
(2) 易控制,驱动电路简单可靠;
(3) 集功率变换、驱动、保护、控制一½化;
(4) 既导热又电绝缘、高耐压封装;
(5) ½饱和压降,½开关损耗;
(6) ½范围反向偏压安全动½区(RBSOA)和短路动½安全区(SCSOA);
(7) 并联容易;
(8) 高开关频率;
(9) 动态性½优良。
3.2 用于高压变频器的主要电力电子器件性½
用于高压变频器的主要电力电子器件性½如表 1 所示。
4 ½内外主要高压变频器品牌
进入 20 世纪 90 年代中期,½外 ROBICON、AB、ABB、SIEMENS、东芝等几大
电气公司的高压变频器,打进了中½市场,占据了大部分½额,也带动了½内高
压变频器的发展,
如冶金自动化研究设计院,利德华福等自主开发的高压变频器
以价格优势跟½外的产品抗衡,已被广大用户所认可,½内外主要高压变频器性
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