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变频器的结构形式

作者: 来源: 日期:2017/4/22 10:48:23 人气:1227
        1、大功率变频器结构形式
  大功率变频器按主回路拓扑结构可分为“高-低-高”式变频器、“高-低”式变频器、“高-高”式变频器。“高-高”式又分为电流型、中性点钳位的三电平电压型和单元串联多电平电压型。其中:“高-低-高”式变频器,由于两侧均需大型变压器,损耗高,变频系统启动时负载能力将下降,谐波较大等缺点,使其发展受到限制。 “高-高”电流型变频器,一般为两电平结构,电动机承受的du/dt较大,且需均压和缓冲电路,技术复杂,器件较多,装置体积大,调整和维修都比较困难,功率因数较低,并随负载变化而变化,不好补偿,输出谐波和共模电压对电机的影响等问题,电机需降额使用和加强绝缘。其优点是不需外加电路就可将负载的再生能量回馈电网。主要应用于超大功率场合。
    在上述所叙原因,水泥厂在大功率变频器选用上,较少采用“高-低-高”式和高压电流型变频器,一般采用“高-低”式、三电平电压型和多电平电压型变频器。
  (1)“高-低”式结构中变频器为低压,电源输入侧采用变压器将高压变为低压。由于采用低压变频器,变频器的容量受到限制,电动机需采用专门的变频低压电机,其电压等级一般为690V,水泥厂800KW以下的设备采用这种结构形式较多。但该类型变频器一旦故障,电机不能投入工频电网运行,且产生的谐波较高。
  (2)中性点钳位的三电平电压型变频器。其整流电路常采用12脉冲或24脉冲二极管整流结构,逆变部分采用IGBT或IGCT,在逆变器部分采用钳位电路,解决了功率器件的串联的问题,并使相电压输出具有三个电平。该变频器的主回路结构环节少,与二电平结构相比,其逆变器件承受的电压降低,输出电压波形也有较大的改善。 三电平电压型变频器效率较高,动态性能较好,过载能力较强。其不足是虽然通过网侧配置,可实现12或24脉冲整流,减少网侧谐波,但du/dt仍较大,电动机电流总谐波仍可达17%以上,所以一般需配特殊电机,若要使用普通电机,必须附加输出滤波器。另外,其现在最高输出电压只能做到4.16 KV,采用这种变频器,必须采用变通的方法,改变电机的电压或在输出侧加升压变压器,这是制约其使用的最大问题。
  (3)单元串联多电平电压型变频器。其采用多个低压PWM变频单元串联的方式实现直接高压,电网电压经过隔离变压器降压后给功率单元供电,单相变频功率单元在输出端串联起来,实现变压变频的高压输出,直供高压电动机。
  这种苏州变频器输入侧变压器采用多相移位技术,输出侧采用多电平正弦PWM技术,谐波较低,在无输出滤波器的情况下,就可使THD<1%,其单元串联的数量决定输出电压的等级,所以它可适用于任何普通的高压电动机。虽然采用这种结构会使器件的数量增加,但由于驱动功率下降,开关频率较低且不必采用均压电路,系统的效率仍可达97%,功率因数可达0.95以上。另外,在某个功率单元出现故障时,可自动退出系统,而其余的功率单元可继续保持电机的运行,减少停机时造成的损失,便于冗余设计,技术上较成熟。
  其缺点是只能单象限运行,不能进行旁路切换,不能实现无熔断器设计,器件的数量多,体积大,可靠性差。并且变压器必须和苏州变频器集成在一起,使电气室的空间和散热成为问题。
  由于其他高压变频器受技术条件的局限,目前,在通用型高压变频器领域单元串联多电平变频器仍占绝对优势。
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