高压变频器介绍

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高压变频器介绍,1,主要内容,高压变频器的分类,国内外公司概况,高压变频器样机设计,调研问题,2,高压变频器,电压等级：,2.3,kV、3.3kV、4.16kV、,6kV,、6.6kV,和,10,kV,等,容量范围：,200kW-5000kW,应用对象：高压大容量异步电动机，如风机、水泵等的节能调速运行,应用领域：电厂、水厂、油田、冶金等行业,3,节能效果,据现场实测试验报告表明，高压电动机采用变频调速技术节能效果非常显著，其中风机类：,28,69,；泵类：,18,41,火力发电厂各辅机容量裕度太大，相当于,1.68,2.54,倍实际所需功率,大部分时间机组处于低负荷率运行，“大马拉小车”现象严重,对风机和水泵类负载，节电率在,40,左右,4,变频调速装置的分类,交直交,电流型,变频调速,高低高电流型变频器,高高电流型变频器,交直交,电压型,变频调速,高低高电压型变频器,两电平电压型变频器,二极管箝位式多电平电压型变频器,H,桥级联式多电平电压型变频器,悬浮电容式多电平,电压型,变频器,直接高压,5,高低高,为避免直接高压变频在技术和成本上的困难，小容量高压变频可以采用高-低-高方式，输出电压可达10,KV,低压,变频器,降压变压器,升压变压器,6,高低高电流型,输入电源侧采用可控硅移相控制，控制电动机电流的幅值；输出电动机侧为强迫换流开关,PWM,控制，控制电动机电流的频率和相位,7,优缺点,优点：传动具四象限运行能力。可以任意匹配电动机电压等级，容量小的时侯改造成本较低。,缺点：降压/升压变压器体积大，装置结构复杂，能量经过多次变换后系统效率降低。采用可控硅移相整流，电流型变频器输入电流为方波,。,8,高低高电压型,通过降压变压器将中压变成低压，供电给低压电压型通用变频器，得到可变频率的,PWM,信号，经过滤波器，再通过升压变压器后驱动电动机,LF,9,高高电流型,用,GTO，IGBT，IGCT,或,SCR,器件串联的办法实现直接的高压变频，电压可达10,KV,优点：四象限运行能力。工作可靠，保护性能好，没有降压、升压变压器，设备紧凑，效率高,缺点：需要器件串联，均压和缓冲技术复杂。输入侧采用可控硅相控整流，电流型变频器输入电流谐波较大。,10,直接高压二电平电压型变频器,采用高压器件直接串联，可以构成两电平,PWM,的高压变频器，输出电压可达,6,k,V,变频器结构简明，功率器件直接串联，串联桥臂上的所有器件作用相同，便于互相备用和冗余保护,输出电压,d,v,/d,t,大，要用特种电机或加滤波器,11,基于多电平逆变器的高压变频器,二极管箝位式；H桥级联式；悬浮电容式,输出电平数多，具有较低的,d,v,/d,t,；,采用低压功率器件即可实现更高等级的电压输出；,通过多电平的组合逼近参考波形，输出电压具有更好的谐波性能,2024/11/1,12,三电平中点箝位逆变器,输出电平数少，,d,v,/d,t,仍较,大，输出需要,LC,滤波器，而且要求器件耐压高，输出6,kV,需要器件串联,若输入也采用对称的,PWM,结构，则可做到系统功率因数可调，输入谐波很低，且可四象限运行。,20,世纪,80,年代初提出,13,H,桥级联多电平逆变器,模块化设计，维护简单。输入侧功率因数高，有很好的输出波形，,d,v,/d,t,小,需要多个独立直流电源，输入的隔离变压器设计复杂,多个低压变频单元串联组成高压大容量多电平输出,14,悬浮电容多电平逆变器,ALSTOM,公司,换流单元,悬浮电容,1992年由法国学者,提出,关键：控制电容电压的平衡！,15,其他几种多电平逆变器,通用式多电平逆变器,可实现电压的自动平衡，但成本高,混合多电平逆变器（或者改进的,H,桥级联多电平逆变器）,综合使用了两种功率器件的高阻断电压和快的开关速度，如,IGCT,和,IGBT,但本身存在一些特殊需要解决的问题,层叠式多电平逆变器,16,国外公司情况,欧美公司,1,),SIEMENS,工程+产品,IMOVERTA,系列，晶闸管电流型，低价、成熟。,SIMOVERT MV,系列中压变频器：,HVIGBT，,三电平,2),ABB,工程为主,中压变频器,ASC1000,系列，采用,IGCT，,三电平，体积小，,DTC,直接转矩控制。,3),GE,工程为主,INNOVITION MV,系列中压变频器,采用,IGCT、IGBT,三电平,三电平单相桥，主要应用大功率轧机传动。,17,国外公司情况,4),ROBICON,产品,.,H,桥级联多电平逆变器,低压变频器技术的延伸，发展快，性能好。,5),ROCKWELL,(,AB),产品,1557系列中压变频器，采用,GTO,电流型,GTO,元件串联。,AB,同,RELANCE,合并，目前主要是采用,SGCT,的,PowerFlex,7000,电流型变频。,6),ALSTOM,采用悬浮电容多电平逆变器技术,18,国内公司情况,凯奇、先行,国内较早研制成采用,IGBT,的,H,桥级联逆变器的中压变频器样机，并都生产和销售了多套变频器；,冶金自动化院（,金自天正,）、天传所、天水所,利德华福、中山明阳、成都佳灵,民办公司1998年开始涉足电力电子和高压变频,进行中压变频器的研制。,其他公司的一些产品,动力源、九州电气、新电创拓、合康亿盛,19,国内产品的技术,主电路拓扑结构,大都采用成熟的产品方案,控制策略,对于风机水泵类负载，,V/f,恒定控制已足够,尚未有更精确的控制策略，以满足要求更高性能的应用场合,工艺结构设计,提升产品等级的关键，与国外产品相比较有较大的差距,电磁兼容设计,产品可靠性，抗干扰性能需要进一步提高,器件选型,国产高压变频器能够根据国内用户需要设计,20,系统原理框图,21,装置的总体技术,包括三大部分,主电路选用,H,桥级联多电平逆变器技术,技术成熟，易做到各种电压和容量等级,生产安装模块化,监控系统选用,DSP,和,FPGA,等大规模集成电路，提高可靠性和抗干扰能力,采用水冷系统散热,监控系统,主电路,22,系统的组成,变压器柜、功率柜、控制柜、水冷柜,旁路柜、输入开关柜、输出开关柜,23,移相变压器,将输入的三相,6KV,交流电变换成,35,组互差,12,电角度的,690V,低压三相交流电分别供给功率逆变器的,15,个整流逆变功率单元,变压器参数：,额定容量：,1600KVA,额定电压：,6KV/0.69KV,一次侧为三相单绕组，有,+5%,和,-5%,的抽头；二次侧为三相,15,绕组，每组移相互差,12,24,功率逆变器有,15,个整流逆变功率单元，按,A,、,B,、,C,三相分成三组。,每组,5,个功率单元输出串联在一起叠加成一相输出，最终形成,0,6kV,，,0,50Hz,可调的三相近似正弦的交流电输出。,功率逆变器,25,整流逆变功率单元,整流单元,滤波电容,逆变电路,旁路电路,电源、控制、保护和驱动电路,26,功率单元试验,模块的输出电压和输出电流,电阻型负载，满功率运行下：,输出电压基波有效值约为,690V,；,输出电流有效值约为,190A,，幅值约为,300A,。,27,监控系统,基于双,DSP,和,FPGA,一,DSP,负责对变频器的监测；,一,DSP,实现对变频器和异步电机的控制；,脉冲发生器则基于,FPGA,器件实现；,由交流插件、,IO,插件、主控制器、通讯板、脉冲发生器、人机界面、脉冲编码解码,MLink,板等电路组成。,录波装置,28,软件,软件包括三大部分,监控程序；,电机控制和脉冲发生程序；,人机界面程序；,电机控制算法：,V/f,控制和矢量控制,已实现,V/f,控制；,矢量控制,下一步工作；,PWM,方法,多电平直接,PWM,方法,29,人机界面,现场调试使用,30,输出电压波形,2N+1,N,是单相串联的模块数量,31,技术参数,产品型号,标准适用电机,(KW),400,500,630,800,1000,1250,1400,1600,1800,2000,额定容量,(KVA),500,630,800,1000,1250,1600,1750,2000,2250,2500,额定电流,(A),52,62,78,98,120,154,170,192,218,240,额定电压,3,相,6000V,电流过载能力,120%,额定负载,1,分钟,输出频率,0.1120Hz,主回路电压,/,频率,3,相,6000V,，,50HZ,控制回路,3,相,380V,，,50HZ,；或者,DC220V,变动容许值,电压,:10%,（另外输入移相变压器有,5%,的抽头）,电压失衡率,3%,，,频率,:5%,控制方法,正弦,PWM,控制,最高频率,50120HZ,基本频率,2050HZ,起动频率,120HZ,频率分辨率,数字设定,:0.01HZ,频率精度,数字设定,:0.1%,最高频率,加减速时间,0.53600S,线性或者平方曲线,电压频率特性,基频以下恒,V/F,，,基频以上恒功率,频率设定,数字面板操作,；,模拟设定,:010V,020mA,；,上位机通讯设定,32,现场调研工作,用户的基本情况,多少台高压电机，与电机连接的负载，电机负载情况，是否需要节能等。,电机的铭牌参数。电机的定转子参数等。,系统侧电压水平。,3kV,，,6kV,，,10kV,电压。偏低，偏高。,电机负载参数,风机，水泵。送风机、迎风机、循环水泵等,负载运行记录,长期运行工况。满载，半载，轻载。日运行记录，月运行记录，季度运行记录和年运行记录等,负载控制方式,闭环，开环。当地,/,远程控制。现场通讯方式。,运行环境,当地气候条件，气温水平，灰尘，腐蚀性气体、可燃性气体、油雾、水蒸气、滴水或盐分,用户的其他要求,33,变频用户调研,抗干扰问题,;,使用寿命问题,阻容元件寿命：选用,MTBF,长的元器件,;,变频器房设计,希望厂家能提供解决方案：箱式变电站结构,;,瞬时停电和电压跌落问题,增大储能能力，加大直流电容容量,;,风冷的滤网清洗问题,散热风机考虑冗余，采用风压报警,;,报警信号尽量多，跳闸信号尽量少,以保护用户设备为先,;,工艺结构问题,国外公司的产品在一方面比国内的好,;,运行环境问题,温度、湿度、灰尘等。采用风机抽风，装置内部灰尘多；用小风扇吹风，灰尘少,;,装置的占地面积问题,有些用户可使用的空间小,;,34,