第26卷第2期2008年4月
天 然 气 与 石 油Na tura l Ga s And O il
Vol .26,No .2Ap r .2008
收稿日期:2007208206
作者简介:何丽梅(19692)女,四川成都人,高级工程师,学士,主要从事电气设计工作。电话:(028))86014455。
中压变频器的技术特性及运用
何丽梅,杨 焜
(中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017)
摘 要:中压变频器没有形成类似低压变频器那样统一的拓扑结构,国外制造商提供的中
压变频器均有其各自的技术特点和适用范围。根据国内交流兆瓦级变频驱动系统在工程中的
运用情况,结合制造商提供的先进技术方案,对变频器的结构和技术参数进行比较分析,以图示说明重要概念和技术指标,对不同形式的中压变频器适用情况进行总结,有利于这一先进节能技术的推广和运用。
关键词:中压变频器;多电平;输入功率因数;输出谐波;脉宽调制文章编号:100625539(2008)022******* 文献标识码:B
随着电力电子器件(如I G BT 绝缘栅双极晶体管、I GCT 门极晶闸管、I ECT 注入增强型门极晶体管
等)性能的提高和门类的发展,中压变频器作为兆瓦级电动机的传动方案实现无级调速,满足工艺过程的速度控制要求,大幅度地节约能源、降低成本。近年来,各种中压变频器不断出现,到目前为止尚未形成类似低压变频器结构那样的统一模式,甚至各制造商提供的同一类型变频器都存在细节上的差异,国际上也没有相关的统一制造标准。针对目前制造商提供的拓扑方案和技术指标,笔者根据实际工程中接触到的案例,对较为常用的几种中压变频器及其派生方案进行分析总结,旨在进一步加强对中压变频器的理解和技术推广。
按照目前功率元件的制造水准,中压变频器电
压等级在2300～7200V 之间(相对与供电网络电压只能称之为中压),评价其性能的主要指标有成本、可靠性、网侧谐波污染、输入功率因数、输出谐波、共模电压、系统效率、四象限运行等
[1]
。根据整
的偏差大,再加上管端壁厚的偏差,因此,当管件和与钢管组对时,二者端部连接的对口必然会有对不齐而出现错边的情况存在,所以二者组焊时,对口错边量的存在是必然的,不可避免的,对口错边量的控制,既不体现在管件标准中,也不体现在钢管标准中,但二者又相互关联,因此钢管标准和管件标准都应在制定管端几何尺寸偏差时,考虑与之对接的管件/钢管的偏差,使之在对接时的对口错边量在强度安全的范围内,并且在工艺管道系统设计采用的施工安装标准中加以规定,因此作为工艺管道系统设计的设计人员应认真思考和采用标准,在设计文件中对对口错边量予以规定,以保证管道系统的安全可靠性。
参考文献:
[1] G B /T 12459-2005,钢制对焊无缝管件[S].[2] G B /T 13401-92,钢板制对焊管件[S].[3] SH 3408-96,钢制对焊无缝管件[S].[4] SH 3409-96,钢板制对焊管件[S].[5] SY/T 0510-1998,钢制对焊管件[S].[6] AS ME B16.9-2001,工厂锻制对焊管件[S].[7] MSS SP75-2004,优质锻造对焊管件技术规范[S].[8] G B /T 9711.2-1999,石油天然气工业输送钢管交货
技术条件第2部份:B 级钢管[S].
[9] G B 6479-2000,高压化肥设备用无缝钢管[S].[10] AP I 5L -2004,管线钢管规范[S].
[11] 李之光,蒋智翔.锅炉受压元件强度标准分析[M ].
北京:技术标准出版社,1980,1.
流器和逆变器间的中间直流环节分为电压源型变频
器和电流源型变频器,按此分类本文就其结构方案、控制方式、技术特点、适用范围等进行分析。
1电压源型变频器(Voltage Source I n 2verter 简称VSI )
VSI 主要有二电平变频器、中性点钳位变频器(Netural Point Cla mped,简称NPC )、单元串联变频器(Cascaded H -bridge 简称CH I )以及NPC /H 混合型变频器。通常整流器采用12脉冲以上二极管整流电路降低网侧输入谐波电流;采用全控型器件时使得输入谐波含量低、功率因数可调,但制造成本增加,适用于四象限运行的设备,如轧机、卷扬机等。以下讨论内容均以二极管整流电路为基础,常用的整流变压器通过12脉冲整流电路移相消除5,7,17和19次谐波,而P WM 调制方式使用420Hz 的开关频率可消除11,13次谐波,输入电流接近正弦波。图1 二电平变频器结构图
1.1 二电平变频器
图1所示为二电平变频器的典型结构图,逆变端通过多个电子器件串联输出高电压,不同电压等级输出时串联数量有所不同,可进行N +1或N +2
的冗余配置,同一回路上的串联元件需同步关断
[2]
。功率器件采用开关元件、门极驱动、旁路开
关和缓冲单元集成形成模块化设计,但是元件间的静态、动态电压要求均匀分配,d u /d t 较高,输出电压含有较高的谐波分量。Convertea m 的VDM5000、ABB 的ACS1000/6000以及GE 的MV -SP 改进系列均属于此类,最大容量27MVA 。1.2 NPC 变频器
NPC 变频器也称三电平变频器,主要是为解决
输出电压较高时动态均压问题,将整流器的中性点
N 3
与NPC 逆变器的中性点相连,开关频率达到500Hz [3]
。其直流环节的电容器分为两组,中性点由钳
位二极管将逆变器的端电压定在零电位,由此输出
相电压电平为3(相电压)/5(线电压),每个电平幅值较二电平变频器低,直流母线电压降为二分之一,使得功率元件的耐压降低一半。在同样开关频率下输出波形质量有较大改善,d u /d t 下降[2]
。为减少输出谐波,变频器采取较高的开关频率,但受开关过程限制,变频器损耗增加,效率下降。随着中性点电压的波动,导致两个电容上的电压不均衡,因此必须采取特殊措施,导致复杂的P WM 设计方案。Sie 2mens 的SI M VERT 2MV 、GE 的Dura 2B ilt5MV 、T oshiba
的S650属于此类,最大容量18MVA 。
图2 三电平变频器结构图
1.3 CHB 变频器
CHB 变频器通过若干个低压功率单元串接直
接实现高电压输出,如图3所示,每个功率单元(如图4所示)与移相变压器相互隔离的二次绕组相连。功率单元数量取决于电压等级和成本,目前其最高电压是690V 。常用的CHB 变频器电压等级在
213～616k V 之间,见表1所示[2,4～5]
。
表1 CHB 变频器分类表
负载侧电压/k V
整流电路脉冲数
二次绕组
逆变电路
功率元件I G BT
数量
电平
2.31899367
3.3241212489
4.1630151560116.6
双18脉冲
18
187213
6.6k V 变频器常采用两个七电平CHB 结构串
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图3 七电平CHB
变频器
图4 功率单元
接,如图5的结构形式,从而大大降低制造成本。此方案对电动机没有特殊的要求,可以使用普通异步电机,电机不必降额运行,因此尤其适用于对普通电动机的节能改造。
CHB 变频器的输出电压波形由多个小电平构
成,近似于正弦波,T HD 值和d u /d t 值较小。其输出电压通过功率单元串级实现,没有元件均压问题;输入侧二极管整流器产生的低次谐波通过变压器移相后消除,网侧线电流THD 值小。功率单元中配置的旁路开关对故障单元短接,保证其余单元正常工作,负载可以降容运行
[2～3,6]
。由于CHB 变频器的逆变
单元通常由多电平二极管整流器提供直流电源,输入端需配有9～18个二次绕组的移相变压器,且移相变压器的二次绕组与功率单元之间连接电缆数量为27～57之间,使得制造成本增加。Toshiba 的T OS VERT 2MV,GE 的MV 2GP /H 型以及Sie mens 的
完美无谐波变频器都属于这一类,受功率单元的限制,其容量最大为715MVA 。
对于小功率电动机的变频调速系统,CHB
变频
图5 十三电平CHB 变频器结构图
器方案是比较成功的,由于单个功率元件的输出电
压不超过1000V,制造成本和维护工作较低,在10MW 电动机以下的范围内得到大量运用,例如杭甬线输气管道工程的春晓压气站3套412MW 电驱压缩机组,其变频器采用1700V 的I G BT 功率单元构成,为三相输入、单相输出的P WM 变频器,额定电压为690V,30脉冲的整流系统保证输出基波电流基本是正弦波,功率因数在负荷变化范围内达到0195以上。变频器的结构具备转速跟踪再起动功
能,能够适用于外部电源瞬间中断时对机组连续运行的要求。由此可以看出,CHB 变频器用于功率不大、机组数量较多、负荷变化范围宽的电动机调速方案,是一项值得推广的节能技术。1.4 NPC /H 型变频器
NPC /H 型逆变器由三电平逆变器派生而来。
如图6所示,逆变电路的每一相H 型接线由两个
NPC 逆变器组成。与三电平变频器相比,NPC /H 型实际上就是一个五电平逆变器,所以输出电压的谐波含量更低。如GE 的Dura 2B ilt5MV ,最大容量26MVA 。
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图6 NPC /H 变频器结构图
1.5 电容器跨接变频器
图7中所示为电容器跨接变频器的简单示意
(仅示出三相中的一相),此类变频器由二电平逆变器接入电容器派生而来,因而具有二电平逆变器的部分特点。与多电平变频器相似,其输出电压的THD 含量和d u /d t 值较低。但是,此类结构使得直
流电容器上的电压不易均衡,变频器关断方案复杂,直流电容器必须配置预充电回路,因而限制了在大功率传动系统中的运用。如Convertea m 的VDM6000,最大容量8MVA
。
图7 电容器跨接变频器结构图
2 电流源型变频器(Current Source I n 2
verter 简称CSI )
主要有输出滤波器CSI 变频器、负载换相式
CSI 变频器(Load Commutated I nverter 简称LC I )、门
极关断晶闸管(Gate Turn 2off Thyrister 简称GT O )式CSI 变频器。CSI 的主要特点是采用大电感作为中
间直流滤波环节,因此电流保护实现较为容易,通常在上下两段直流母线分别各串入一组相同的滤波电抗器完成接地短路保护。电抗器的接入使得输入功率因数较低,且随着转速的下降而降低;其输出电流谐波含量高,导致系统整体效率随着负载的减小而下降。所以实际运用中需要设置补偿措施保证网侧的THD 值和功率因数。2.1 输出滤波器CSI 变频器
CSI 没有输入变压器时,其产生的共模电压施
加到电动机定子绕组中心点和地之间影响其绝缘,
但是图8的输出滤波器CSI 变频器设置有两个电感绕组的整体式扼流线圈,图9示出线圈的基本结构,其中一个为平波电流的差模电抗,另一个为阻隔共模电压的共模电抗,因而不必设置输入变压器。输出端设置的滤波器,对含有奇次谐波的120°输出方波电流起滤波作用,尤其是转速较高时,电流波形改善明显,同时,输出电压通过平波电容,不会出现高d u /d t ,所以使用标准电机也能正常运行
[1]
。但是随
着输出频率的降低,滤波作用下降。在调速范围不大(如60%～100%)的场合是比较成功的
。
图8 输出滤波器换相式变频器结构图
2.2 负载换向式CSI 变频器
LC I 的结构简图如图10所示,变频器负载必须
是同步电动机,利用同步电动机定子的交流反电势
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图9 整体式直流扼流线圈
控制晶闸管的关断,属于自控式变频调速范畴。没有强迫换相电路,变频器输出频率和电动机转速始终同步,不会出现失步和振荡现象,无级调速范围达到10∶1
[1,7]
。但是在低速范围内需要采用断续换
相,转矩脉动大,运行特性较差。在高速区自然换相时,要求电动机工作在超前功率因数区,变频器容量配置大,转矩过载能力只有115～2倍;而电动机定子电流为120°方波,电动机的损耗增加,综合效率降低
[7]
。
图10 LC I 变频器结构图
由于LC I 结构及控制方式较为简单,具有类似直流电动机的调速性能,兼有同步电动机功率因数高的优点,在要求大容量、高转速、运行性能要求较高的电气传动领域运用广泛,对于驱动大型风机、水泵、压缩机、高炉鼓风机、短路试验机等都是优选方案,各制造商均能提供各种容量的LC I,但是在结构设计上仍有差异,如图11～13所示。
通常同步电动机容量均为兆瓦级,考虑到电动机定子绕组的特点、晶闸管容量的限制以及谐波对网侧的影响,系统设计时采用两套变频器为电动机供电,通过隔离变压器的两个二次绕组不同的联接方式(一个为D 联接、一个为Y 联结)组成12脉冲变频器,减小输入谐波分量;同步电动机设计为双绕
组形式[7]
。图11～13的三种联接方式均能消除5,7,17,19次谐波,但是图12
的并联方案需要保证两
图11 LC I
交叉串联方案
图12 LC I
并联方案
图13 LC I 直接串联方案
个定子绕组内流过相同的电流,所以采用串联方式较多,而交叉串联的对地电位上为直接串联的二分之一,ABB 采用的就是交叉串联方案,Sie mens 则是直接并联方案。
实际上,上述LC I 结构的设计基础多是建立在良好的电网质量上,采用12脉冲的整流方案满足了I EEE519的谐波电流限制要求,但是对电网薄弱地区以及主要负荷为LC I 的用户,其输入谐波含量是
不能满足G B /T 14549规定,必须设置滤波装置[1]
;类似的技术方案在长输管道压缩机上已成功运用,如西气东输、陕京二线的10MW 以上电动机驱动的压缩机组调速系统,单台最大运行功率已经达到22WM 。采用18,24脉冲的整流方案或者全控型器件的P WM 整流电路彻底解决谐波问题,但类似方案使得系统设计和控制方案复杂,制造成本增加,因而
在工程领域的运用受到限制[8]
。2.3 门极关断晶闸管CSI 变频器
如图14所示,变频器的逆变电路由GT O 组成,
1
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由于GT O 可以通过门极关断,这种变频器的主电路
结构简单,在输出电压为6kV 时,每个桥臂串联3个GT O 作为一个开关元件使用,同样存在稳态和动态均压问题。GT O 的关断速度较低,需要缓冲电路限制器件所承受的d u /d t ,门极驱动需要提供相当大的反向关断电流,使得其峰值功率较大
。
图14 门极关断晶闸管变频器结构图
在换相过程中流过电动机的电流不能突变,所以仍需要设置输出滤波器缓冲变频器输出电流与电动机绕组电流的差值,电容容量取决于换相过程中允许产生的尖峰电压大小。与输出滤波器相比,该滤波器的容量降低许多,且滤波效果也下降了。在低频区域可以采用特定的调制方式消除谐波,但高速时消除效果就会下降。因而在实际运用中很少采用此方案。
3 结论
中压变频器越来越趋向于高可靠性、低成本、高输入功率因数、高效率、低输入输出谐波、低共模电压、低d u /d t 的目标,被广泛运用于石化、矿产、钢铁、冶金、运输等行业作为高效节能的传动装置。电
流源变频器技术成熟,适合大容量的普通异步电动机和同步电动机,通过整流电路的电压控制实现四象限运行,但存在器件串联元件的均压、输入输出谐波、驱动多台电动机运行不稳定等问题,且工程实例中通常需要功率因数补偿装置或者12脉冲以上的整流电路,导致系统结构复杂,从而限制了CSI 的运用,适合调速范围不大的负载。电压源型变频器的直流环节滤波电容可以提供负载所需的无功电流,输入侧功率因数较高,不需要无功补偿装置;且CHB 方式使得整流电路多重化较为容易,成功解决
了谐波问题;尽管VSI 目前的容量与CSI 相比仍然有差距,且不能实现四象限运行,随着电力电子器件的发展,其结构简单、功率因数高和效率高的技术优势日趋明显,在未来的传动领域内随着电力电子器件制造成本的进一步降低,电压源型变频器将具备更广泛的运用空间。
参考文献:
[1] 韩安荣.通用变频器及其运用[M ].北京:机械工业出
版社,2000,3662348.
[2] W u B in,Song p inggang .Comp rehensive Analysis ofM ulti
-Mega watt Variable Frequency D rives[M ].北京:机械
工业出版社,2004,40252.
[3] Sommer R,et al .采用三电平中性点钳位高压I G BT 逆
变器的新型中压驱动系统[C ].I EEE I A S 协会,1999:
151321519.
[4] H ill W A,Harbourt C D.中压多电平逆变器的特性
[C ].I EEE 工程技术年会,1992,118621192.
[5] Ha mmond P W.中压交流驱动系统提高电源质量的新
途径[C ].I EEE 工程部门译,1997,2022208.
[6] O s man R H.串联多变频技术提高电源质量在中压驱
动系统的运用[C ].I EEE I A S 协会,1999,266222669.
[7] 李志民,张遇杰.同步电动机调速系统[M ].北京:机
械工业出版社,1996,982137.
[8] W u B,L i Y,W ei S .大功率多电平逆变器驱动系统的
多脉冲整流器[C ].I EEE 国际电力电子协会(C I EP ),
2004.
23 天 然 气 与 石 油
2008年
S ELECTED ABS TRACTS NAT URAL GAS AND O IL
(B IMON THLY)
Vo l126No12 Ap r12008
SPEC IAL T O P I C O N HANG-YO NG GAS P I PE L I NE ENG I NEER I NG D ES I GN
Su mmar i za ti on on D esi gn and Con structi on of Corrosi on Con trol Syste m i n Hang2Y ong Ga s P i peli n e
L i Hao(China Petr oleu m Engineering CO.,L td.South west Company,Chengdu,Sichuan,610017,China)NGO,2008,26(2):123 ABSTRACT:According t o the need of the p resent p r oject,deep well anode gr ound bed positi on selecti on shall be more flexible. W hile functi ons are met,land occupati on shall be reduced t o save cost of the p r oject.The technical perfor mance shall be considered in coating selecti on for hot bends and buried p i pelines within stati ons and vari ous outside fact ors during constructi on shall be considered als o and corres pondent measures shall be put f or ward.
KE Y WO R D S:Deep well anode gr ound bed;Hot bend coating;D irecti onal drilling cr ossing
Study on D esi gn of A i r Cond iti on i n g System i n Tran sducer Roo m
Zhao Shuzhen(China Petr oleu m Engineering CO.,L td.South west Company,Chengdu,Sichuan,610017,China)NGO,2008,26 (2):426
ABSTRACT:I ntr oduced are l oad characters of transducer r oom at comp ress or stati on in Hangzhou2N ingbo Gas Pi peline p r oject,ana2 lyzed are vortex refrigerati on unit and integrated potassiu m br om ide unit technically and econom ically,analyzed and compared are s pe2 cial require ments and s pecific conditi ons of the p r oject,result shows that integrated potassiu m br om ide unit is a refrigerati on op ti on suit2 able f or the p r oject.
KE Y WO R D S:Transducer r oom;Comp ressi on refrigerati on;Abs or p ti on refrigerati on;Vortex refrigerati on unit;I ntegrated potassiu m br om ide unit
Genera l Pl an Character isti cs and M a i n Practi ce of Hang2Y ong Ga s P i peli n e St a ti on s
L i Yunying(China Petr oleu m Engineering C O.,L td.South west Company,Chengdu,Sichuan,610017,China)NGO,2008,26 (2):20223
ABSTRACT:A large of gas comp ress or stati ons and valve vaults are built al ong Hang2Yong gas p i peline,described are design charac2 teristics and particularity of general p lans of the stati ons and valve vaults and corres pondent p ractice and measures are put for ward, which have s ome reference values for general p lan design of the stati ons and valve vaults in l ong distant oil and gas p i pelines in devel2 oped coastal areas of China.
KE Y WO R D S:Devel oped area;Stati ons in l ong distant gas p i peline;General p lan characteristic;Engineering p ractice
Techn i ca l Character isti c of M i ddle Volt age Tran sducer and Its Appli ca ti on
He L i m ei,Yang Kun(China Petr oleu m Engineering C O.,L td.South west Company,Chengdu,Sichuan,610017,China)NGO, 2008,26(2):27232
ABSTRACT:M iddle voltage converter has no standardized t opol ogy like l ow voltage converter and those supp lied by foreign manufac2 turers have different technical characteristics and app licati on https://www.doczj.com/doc/6d5601233.html,bined with p ractical app licati on conditi ons of domestic varia2 ble frequency driving system,compared and analyzed are its structures and data,illustrated are its main concep ts and technical para m2 eters and su mmarized is utilizati on of differentm iddle voltage converters,which is beneficial t o popularize and app ly the advanced tech2 nol ogy.
KE Y WO R D S:M iddle voltage converter;I nput power fact or;Out put har monics;Pulse width modulati on
高压变频器的工作原理和常见故障分析贾瑟 摘要：随着现代科学技术的迅速发展，大量的发电企业正在使用着高压变频器。高压变频器在使用过程中具有显著的节能效果，但也存在一定的潜在安全隐患， 可能会对发电企业的生产活动造成严重影响。基于此，本文先对高压变频器工作 原理进行具体的分析，然后对高压变频器在运行中常见的故障及原因进深入的探讨，以供相关的工作人员参考，希望能给我国发电企业的发展带来一定的贡献。 关键词：高压变频器；工作原理；常见故障；分析 采用交流变频器调速技术对交流电机进行调速，具有节电效果好、调速方便、保护功能完善、组态灵活、可靠性强等很多优点。由于交流变频调速技术的众多 优越性，在发电领域也得到了非常广泛的应用，对电厂内的风机、水泵等大功率 耗能设备实现高压变频器调速改造，已成为公认的节能方案。随着变频器应用范 围的扩大，检修维护工作中遇到的问题也越来越多。因此，本文对此进行分析。 1高压变频器工作原理 高压变频器一般采用目前国际流行的功率单元串联多电平技术，系统为高-高 结构。高压电直接输入变频器，经过变频器内部功率系统整流、逆变后，变频器 直接高压输出至电机，不需要升压变压器等部件。每个功率单元都是一台三相输入、单相输出的脉宽调制型低压变频器，技术可靠，结构和性能完全一致，极大 的提高了高压变频器的可靠性与维护性；采用叠波技术，最大限度的消除了高压 变频器输出电压中的谐波含量，电压波形接近于标准的正弦波，大大改善了变频 器的输出性能，是真正的“无谐波”高压变频器。 变频器一般由以下几个部分组成：制动单元、微处理单元、滤波、整流、逆变、检测单元以及驱动单元等等。它能够按照电动机的具体需求为其提供所需的 电源电压，从而实现调速和节能。此外，大部分变频器都具备多种保护功能，如 过载保护、过电压保护以及过电流保护等。 对于不同电压等级的高压变频系统，一般采用每相5～8个功率单元串联方案。通过主电路图，可以更加直观的了解变压器的副边绕组与功率单元以及各功率单 元之间的电路连接方式：具有相同标号的3组副边绕组，分别向同一功率柜（同 一级）内的三个功率单元供电。第一级内每个功率单元的一个输出端连接在一起 形成星型连接点，另一个输出端则与下一级功率单元的输出端相连，依此方式， 将同一相的所有功率单元串联在一起，便形成了一个星型连接的三相高压电源， 驱动电动机运行。当电网电压为6kV时，变压器的副边输出电压即功率单元的输 入电压为690V，每个功率单元的最高输出电压也为690V，同一相的五个单元串 联后，相电压为690V×5=3450V，由于三相连接成星型，那么线电压便等于 1.732×3450V≈6000V，达到电网电压的水平。功率单元串联后得到的是阶梯正弦 的PWM波形，PWM控制，脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要形状和幅值的波形，这种波形正弦度好，du/dt小，可 减少对电机和电缆的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电 动机也不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗也大 大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和传动部分的机械应力。 通过本相上的5（8）个功率单元输出的SPWM波相叠加后，可得到正弦波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，即使在低速下也能保持很好的波形。电机的谐波
变频器原理及应用试卷 一.选择题 1．下列选项中，按控制方式分类不属于变频器的是（D ）。A．U/f B．SF C．VC D．通用变频器 2．下列选项中，不属于按用途分类的是（C ）。 A．通用变频器B．专用变频器C．VC 3．IPM是指( B )。 A．晶闸管B．智能功率模块C．双极型晶体管D．门极关断晶闸管 4．下列选项中，不是晶闸管过电压产生的主要原因的是（A ）。 A．电网电压波动太大B．关断过电压 C．操作过电压D．浪涌电压 5．下列选项中不是常用的电力晶体管的是（D ）。A．单管B．达林顿管C．GRT模块D．IPM 6．下列选项中，不是P-MOSFET的一般特性的是（D ）。A．转移特性B．输出特性C．开关特性D．欧姆定律
7．集成门极换流晶闸管的英文缩写是（B ）。A．IGBT B．IGCT C．GTR D．GTO 8．电阻性负载的三相桥式整流电路负载电阻 L R上的平均电 压 O U为（A ）。 A．2.34 2 U B．2U C．2.341U D．1U 9．三相桥式可控整流电路所带负载为电感性时，输出电压 平均值 d U为为（A ） A．2.34 2cos U B．2U C．2.341U D．1U 10．逆变电路中续流二极管VD的作用是（A ）。 A．续流B．逆变C．整流D．以上都不是11．逆变电路的种类有电压型和（A ）。 A．电流型B．电阻型C．电抗型D．以上都不是 12．异步电动机按转子的结构不同分为笼型和（A ）。A．绕线转子型B．单相C．三相D．以上都不是 13．异步电动机按使用的电源相数不同分为单相、两相和（C ）。 A．绕线转子型B．单相C．三相D．以上都
《变频技术》课程教学大纲 一.课程说明 本课程的配套教材是高职高专规划教材《变频器原理及应用》，本书内容主要包括：电力电子器件简介，变频器的基本组成原理，电动机变频调速机械特性，变频器的控制方式，变频调速系统主要电器的选用，变频器的操作、运行、安装、调试、维护及抗干扰，变频器在风机、水泵、中央空调、空气压缩机、提升机等方面的应用实例等。 二、前续课程 电子技术，电机与拖动基础，自动控制系统，PLC编程控制，单片机原理与应用等。 三、学时分配 总学时为64学时，包括：理论课时48学时、实验课时16学时 四、理论课程内容：（48学时） 第1章：概述 1.1变频技术的发展 1.2变频器的基本类型 1.3变频器的应用 第2章：电力电子器件 2.1 电力二极管（PD） 2.2 晶闸管（SCR） 2.3 门极可关断（GTO）晶闸管 2.4 电力晶体管（GTR） 2.5 电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET） 2.6 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 2.7 MOS控制晶闸管（MCT） 2.8 静电感应晶体管（SIT） 2.9 集成门极换流晶闸管（IGCT） 2.10 智能功率模块（IPM） 第3章：交—直—交变频技术 3.1 整流电路 3.2 中间电路 3.3 逆变电路的工作原理及基本形式 3.4 电压型逆变电路 3.5 电流型逆变电路 3.6 SPWM控制技术 3.7 电流跟踪控制的PWM逆变器
3.8 电压空间矢量控制的PWM逆变器 第4章：交—交变频技术 4.1 单相输出交—交变频电路 4.2 三相输出交—交变频电路 4.3 矩形波交—交变频 第5章：电动机与拖动系统（系统简述）第6章：高（中）压变频器 6.1 高（中）压变频器概述 6.2 高（中）压变频器主电路结构 第7章：变频器的控制方式 7.1 U/f控制 7.2 转差频率控制（SF控制） 7.3 矢量控制（VC） 7.4 直接转矩控制 7.5 单片机控制 第8章：变频器系统的选择与操作 8.1 变频器的原理框图与接线端子 8.2 变频器的频率参数及预置 8.3 变频器的主要功能及预置 8.4 变频器的选择 8.5 变频调速系统的主电路及电器选择 8.6 变频器系统的控制电路 8.7 变频器的操作与运行 8.8 外接给定电路 8.9 变频器与PLC的连接 8.10 变频器“1控X”切换技术 8.11 变频器与PC的通信 第9章：变频器的安装与维护（简述） 第10章：变频器应用实例 10.1 变频调速技术在风机上的应用 10.2 空气压缩机的变频调速及应用 10.3 变频器在供水系统节能中的应用 10.4 中央空调的变频技术及应用 10.5 中压变频器在潜油电泵中的应用 10.6 矿用提升机变频调速系统
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中国中低压变频器产品市场综述 近几年国内中、低压变频器生产企业逐年增加，国内品牌的市场份额已经达到20％左右。总体来看，内资品牌与国际西门子、ABB等国际知名品牌相比，技术上还有一定差距，主要表现在产品的可靠性偏低，产品规格也不够齐全。 本章将从市场容量和潜在容量、销售渠道、竞争格局、中外品牌对比等几个方面，在本次市场调研和前人工作的基础上，简要总结和分析我国中、低压变频器市场的现状和竞争格局。 第一节中国中低压变频器产品市场容量及潜在容量 1988年日本三垦公司的第一台低压变频器进入中国，使我国的电机调速从直流调速开始进入了交流变频调速时代。到20世纪90年代初，越来越多的国内企业认识到变频器的作用并尝试使用，国外的变频器产品大量涌进中国的市场。1996年，国家原机械部等四部委推荐国产29个厂家33个规格的变频器，但由于我国工业基础较差，由于制造工艺落后及资金实力不足等原因，难以和国外知名品牌抗衡。 据统计，1993年我国变频器市场容量不足4亿元，到1999年已达到28亿元之巨，其市场增长速度可见一斑。期间，内资品牌也在学习中不断进步、成长。较早进入该市场的国内品牌有烟台惠丰、四川佳灵、华为安圣等。 进入新世纪以来我国中、低压变频器行业继续迅速发展。从2000年至今，我国中、低压变频器市场平均年销量增长率超过20%（约25％左右）。根据2007年9月份慧聪行业研究院第三研究所对我国中、低压变频器市场的调研，其中包括对主要变频器生产企业的探访，工商数据，慧聪网“科信杯”2006中国变频器十大品牌及风云人物评选活动资料积累，以及相关期刊论文，2006年我国中、低压变频器的市场容量约为83亿元，占当年国内变频器市场总容量的80％以上；其中中压变频器部分为8.9亿元。 虽然我国正从粗放型经济向集约型经济转变，但整体看，我国仍是个能耗大国。据业内专家分析，我国电动机总装机容量约为5.8亿千瓦，占全国总耗电量的60%至70%。其中，交流电动机占90%左右，即5.22亿千瓦，但目前只有约5000万千瓦的电动机是带变频控制的，配置率不到10%。实际上交流电动机
摘要：介绍四象限运行高压变频器的矢量控制原理，在煤矿副井绞车中的运用，改造。以及节能等效果 关键词：高压变频器煤矿运用 一、概述 目前矿用交流提升机普遍使用绕线式电机转子串电阻调速控制系统。在减速和重物下放时能量通过转子电阻释放，能量不能回馈回电网，随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。HIVERT-YVF06/077大功率变频器是北京合康亿盛科技有限公司研发和生产的高压交流电机调速驱动装置。该变频器采用了先进成熟的低压变频技术，以及功率单元串联叠波、矢量控制技术、有源逆变能量回馈技术等。 二、矢量控制原理 HIVERT-YVF采用转子带速度反馈的矢量控制技术。在转子磁场定位坐标下电机定子电流分解成励磁电流与转矩电流。维持励磁电流不变，控制转矩电流也就控制电机转矩。电机转速采用闭环控制。实际运行中给定转速与实际转速的差值通过PID调节生成转矩电流IT。经过矢量变换将IT、IM变换为电机三相给定电流Ia*、Ib*、Ic*，它们与电机运行电流相比较生成三相驱动信号。控制原理框图如图1 图1 控制原理图 1、主回路 HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。
图2 HIVERT-YVF06/077高压变频器6kV系列主电路图 主隔离变压器原边为Y型接法，直接与高压相接。组数量依变频器电压等级及结构而定，6kV系列为18，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，对6KV而言相当于36脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。 变频器输出是580VAC功率单元六个串联时产生3450V相电压，线电压6000V，输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。 图3为6kV六单元变频器输出的Uab线电压波形实录图，图4即为输出电流Ia的实录波形图，峰值电流130A。
变频器的工作原理 1、基本概念 （1）VVVF 改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）的缩写。 （2）CVCF 恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）的缩写。 通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）。变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。 变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，所以不只是用于启动电动机，而是广泛的应用到各个领域，各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有。随着技术的发展，成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的应用。 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。 变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ （1) r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm。例如：4极电机60Hz 1,800 [r/min]，4极电机50Hz 1,500 [r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。电机的极数是固定不变的。由于极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适合改变极对数来调节电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 n = 60f/p，n: 同步速度，f: 电源频率，p: 电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，
《变频器原理及应用》模拟试卷1 一、填空题（每空1分，共25分） 1.频率控制是变频器的基本控制功能，控制变频器输出频率的方法有、、 和。 2.变频器的分类，按变换环节可分为和，按用途可分为和 。 3.有些设备需要转速分段运行，而且每段转速的上升、下降时间也不同，为了适应这种 控制要求，变频器具有功能和多种时间设置功能。 4. 变频器是通过的通断作用将变换为均可调的一种 电能控制装置。 5. 变频器的组成可分为和。 6. 变频调速过程中，为了保证电动机的磁通恒定，必须保证。 7. 变频器的制动单元一般连接在和之间。 8. 变频器的主电路由、滤波与制动电路和所组成。 9.变频调速时，基频以下调速属于，基频以上属于。 10.变频器的PID功能中，P指，I指，D指。 二、单选题（每题1分，共11分） 1.为了提高电动机的转速控制精度，变频器具有（）功能。 A 转矩补偿 B 转差补偿 C 频率增益 D 段速控制 2. 风机类负载属于（）负载。 A 恒功率 B 二次方律 C 恒转矩 D 直线律 3.为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频 器的输出电压就必须从400V改变到约（）V。 A 400 B 100 C 200 D 250 4.电动机与变频器之间距离远时，电机运行不正常，需采取（）措施解决。 A 增加传输导线长度B减少传输导线长度C增加传输导线截面积D减少传输 导线截面积 5.变频器调速系统的调试，大体应遵循的原则是（）。
A 先空载、继轻载、后重载 B 先重载、继轻载、后空载 C 先重载、继空载、后 轻载 D 先轻载、继重载、后空载 6.采用一台变频器控制一台电动机进行变频调速，可以不用热继电器，因为变频器的热 保护功能可以起到（）保护作用。 A 过热 B 过载 C 过压 D 欠压 7.下面那种原因可能引起欠压跳闸（）。 A 电源电压过高 B 雷电干扰 C 同一电网有大电机起动 D 没有配置制动单元 8.变频器在工频下运行，一般采用（）进行过载保护。 A 保险丝 B 热继电器 C 交流接触器 D 电压继电器 9. 变频器安装要求（） A 水平 B 竖直 C 与水平方向成锐角 D 都可以 10.高压变频器是指工作电压在（）KV以上变频器。 A 10 B 5 C 6 D 1 11. 变频器主电路的交流电输出端一般用（）表示。 A R、S、T B U、V、W C A、B、C D X、Y、Z 二、多选题（每题2分，共12分） 1.电动机的发热主要与（）有关。 A 电机的有效转矩 B 电机的温升 C 负载的工况 D 电机的体积 2. 中央空调采用变频控制的优点有（）。 A 节能 B 噪声小 C 起动电流小 D 消除了工频影响 3.变频器按直流环节的储能方式分类为（）。 A 电压型变频器 B 电流型变频器 C 交-直-交变频器 D 交-交变频器 4．变频器的控制方式分为（）类 A U/f控制 B 矢量控制 C 直接转矩 D 转差频率控制 5．变频器具有（）优点，所以应用广泛。 A 节能 B 便于自动控制 C 价格低廉 D 操作方便 6. 高（中）压变频调速系统的基本形式有（）种。 A 高-高型 B 高-中型 C 高-低-高型 D 高-低型
变频器原理及应用习题解析 第1章概述 1.什么叫变频器？变频调速有哪些应用？ 答：变频器是将固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的装置。 变频调速的应用主要有：①在节能方面的应用。例如风机、泵类负载采用变频调速后，节电率可以达到20%～60%；②在提高工艺水平和产品质量方面的应用。例如变频调速应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备控制领域；③在自动化系统中的应用。例如，化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝；玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机、制瓶机；电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制等。 2.为什么说电力电子器件是变频器技术发展的基础？ 答：变频器的主电路不论是交-直-交变频或是交-交变频形式，都是采用电力电子器件作为开关器件。因此，电力电子器件是变频器发展的基础。 3.为什么计算机技术和自动控制理论是变频器发展的支柱？ 答：计算机技术使变频器的功能也从单一的变频调速功能发展为包含算术、逻辑运算及智能控制的综合功能；自动控制理论的发展使变频器在改善压频比控制性能的同时，推出了能实现矢量控制、直接转矩控制、模糊控制和自适应控制等多种模式。现代的变频器已经内置有参数辨识
系统、PID调节器、PLC控制器和通讯单元等，根据需要可实现拖动不同负载、宽调速和伺服控制等多种应用。 4.变频调速发展的趋势如何？答：①智能化；②专门化；③一体化； ④环保化. 5.按工作原理变频器分为哪些类型？按用途变频器分为哪些类型？ 答：按工作原理变频器分为：交-交变频器和交-直-交变频器两大类。 按用途变频器分为：①通用变频器；②专用变频器。 6.交-交变频器与交-直-交变频器在主电路的结构和原理有何区别？ 答：交-交变频器的主电路只有一个变换环节，即把恒压恒频（CVCF）的交流电源转换为变压变频（VVVF）电源；而交-直-交变频器的主电路是先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经逆变器将直流电变成频率和电压可调的交流电。 7.按控制方式变频器分为哪几种类型？ 答：按控制方式变频器分为：①V/f控型变频器；②转差频率控制变频器；③矢量控制变频器；④直接转矩控制变频器。 第2章变频器常用电力电子器件 1.晶闸管的导通条件是什么？关断条件是什么？ 答：晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极G和阴极K间也加正向电压。要使导通的晶闸管的关断，必须将阳极电流I A降低到维持电流I H以下，上述正反馈无法维持，管子自然关断。维持电流I H是保持晶闸管导通的最小电流。 2. 说明GTO的开通和关断原理。与普通晶闸管相比较有何不同？
单元串联型高压变频器工作原理是什么故障处理方法有哪些利用变频技术驱动电动机可以实现节能，符合我国有关节能减排的要求和社会需求。为了使变频装置应用在高电压等级、大容量的场合，通常会采用高压大容量的开关器件和多电平的拓扑结构；级联型变流器是一种有很好应用前景的多电平变换器，级联型变频器的具体应用如级联型高压变频器拖动风机、水泵等负载，大多工作在比较重要的场合，在生产或生活中的作用和影响较大，对可靠性要求高，一般要求系统能够连续运转，即使在故障后适当降低容量运行，也不能随时停机。在利用高压变频装置驱动电动机实现节能目标的同时，为了保证系统的可靠性，需要高压变频装置具有一定的容错功能，即在发生器件或者单元故障时，能够自动将其屏蔽，通过调整控制方式，使系统继续运行。 单元串联型高压变频器利用若干低压功率单元串联实现高压输出，这种结构使其具有良好的容错性能；将发生故障的单元屏蔽后，通过一定的故障处理方法，可以使系统继续降低容量运行，保证生产的稳定运行。传统的故障处理方法是采用屏蔽掉故障单元与另外两相中相应的非故障单元，以保持变频器的平衡运行，这样势必会造成非故障单元的浪费，因此对级联型变频器正常工作及故障时处理方法的研究很有必要。本文设计的基于PCI-9846的变频器输出性能测试系统主要针对采用三种不同的故障处理方法时，对单元串联型高压变频器输出电能质量的各项指标进行实时监测和分析，尤其是单元发生故障后，系统输出电压的性能指标，应尽量与故障前保持一致，以减小故障对系统工作的影响。该测试系统利用LabVIEW虚拟仪器软件平台搭建系统主控界面，设计了相应的故障处理方法，可以得到不同故障处理方法时的参考波。在多单元级联型变频器仿真模型上进行测试，通过凌华PCI-9846数字化仪采集三相电压信号后进行分析处理，获得三相线电压的幅值，频率，总谐波含量，三相电压相位等主要性能指标，从而检查控制算法在系统正常运行及带故障运行时的输出情况。 一单元串联型高压变频器结构及工作原理 单元串联型高压变频器采用若干个低压功率单元串联的方式实现直接高压输出，采用的变
高压变频器原理及优点 功率单元串联多电平型高压变频调速系统 多电平型高压变频器是近几年才发展起来的一种电路拓扑结构，它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三大部分组成。采用模块化设计，可迅速替换故障模块，采用多个低压的功率单元相互串联的办法实现高压，解决了高压的难题而得名。输入侧的降压变压器采用移相方式，原边Y 形连接，副边采用沿边三角形连接，6kV 系列共18副三相绕组，分别为每台功率单元供电。它们被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有6副三相小绕组，之间均匀相位偏移10度，可有效消除对电网的谐波污染。输出侧采用多电平正弦PWM 技术，无需输出变压器，更不需要任何形式的滤波器，可适用于任何电压的普通交流电机。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。整套变频器共有18个功率单元，每相由6台功率单元相串联，并组成Y 形连接，直接驱动电机。每台功率单元电路、结构完全相同，可以互换，也可以互为备用。由此可见，单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。 高压电机 高压电源柜高压变频器主控台 控制电源轴编码器接地端 分闸 合闸允许6kVC 6kVB 6kVA 接地端 接地端变频器电流 公共端 公共端 模拟给定 高压就绪 运行指示 故障报警 公共端 公共端 紧急停车 反向启停 正向启停 图1 高压变频调速系统结构图 图2 6kV 和10kV 变频器系列的电压叠加示意图
变频器与PLC 电控硬连接 变频器和PLC 电控采用硬连接：电控把开关量正向起停、反向起停、紧急停机、模拟量频率给定送给变频器，可以控制变频器运行；变频器把开关量运行、故障、就绪、模拟量输出电流、输出频率给电控系统，即可以正常工作。配合如下图所示。 高压电机 高压电源柜 高压变频器主控台 控制电源轴编码器接地端 分闸合闸允许6kVC 6kVB 6kVA 接地端 接地端变频器电流 公共端 公共端 模拟给定 高压就绪 运行指示 故障报警 公共端 公共端 紧急停车 反向启停 正向启停 图3 变频器与PLC 电控硬连接 实施技术方案的优点 ● 启动、制动平稳，不对设备产生冲击，延长设备寿命； ● 制动时，将能量回馈电网，节约能源； ● 低速爬行平稳，定位精度高； ● 降低了运行噪声、发热量及粉尘，改善了值班环境； ● 不需转子电阻及切换柜，减小设备占地空间； ● 自动化程度高，操作简单，降低操作人员劳动强度； ● 转子串电阻调速和变频器调速互为备用。 采用高压变频器技术先进性 矢量控制是全数字技术的，功率部分采用IGBT 的电压源型交流变频传动装置。它给传动装置带来快速性，更高的精度，更高的可靠性，同时效率也更高。 ● 统一的操作界面：该界面对所有变频器都一样，它们具有统一的操作员
变频器的原理及应用集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
变频器的原理及应用 沈阳飞机工业（集团）有限公司 动力处 范晓黎 摘要 由于变频调速有显着的优点，具有无冲击启动和软停机的优良控制特性，可极大的延长机械设备的使用寿命，减少设备的维护量;随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高、体积越来越小、运行可靠性越来越高，应用越来越广泛，选择合理的变频器对于设备的正常运行非常重要。 关键词：变频器、使用寿命、合理选择 一、变频器的原理 近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。 1变频器的工作原理 交流电动机的同步转速表达式为： n＝60f(1－s)/p N—异步电动机的转速；f—异步电动机的频率；S—电动机转差率；P—电动机极对数。 由式公式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 所谓变频调速器——它将三相工频（50Hz）交流电源（或任意电源）变换成三相电压可调、频率可调的交流电源，有时又将变频调速器称为变压变频装置VVVF。主要用于交流电动机（异步机或同步机）转速的调节。一个交流电动机变频调速系统由变频调速器驱动
器、交流电动机和控制器三大部分组成。其中关键核心设备是变频调速器，由它来实现电动机电压和频率的平滑变化。 变频调速在调频范围、静态精度、动态品质、系统效率、完善的保护功能、容易实现自动控制和过程控制等诸方面是以往的调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速和液力耦合器调速等无法比拟的。它是公认的交流电动机最理想最有前途的调速方案，代表今后电气传动的发展方向。 二、变频器结构和分类 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。 2.1变频器的结构 （1）主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。 整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波 中间直流环节：中间直流储能环节，在它和电动机之间进行无功功率的交换。 逆变器：将直流电转换成交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦 控制电路：常由运算电路、检测电路、控制信号输入/输出电路和驱动电路组成。主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种 保护功能等，其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。目前许多变频 器已经采用微机来进行全数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，靠软 件来完成各种功能。 通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
变频器定义及工作原理概述 变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频技术是应交流电机无 变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOS FET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM－VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 VVVF：改变电压、改变频率 CVCF：恒电压、恒频率。各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz或 200V/60Hz(50Hz)，等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)。 用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。 变频器的工作原理 我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：
中压变频器的比较和分析 概述：中压变频器的应用越来越广泛，在许多场合产生了严重的谐波污染问题，对于中压变频器而言，我们需要进一步了解其性能和结构特点，尽量避免使用之后带来的一些问题。使用中压变频器后对电网的影响主要有：对电网的谐波污染、功率因数的影响等问题，变频器对电网的影响主要取决于变频器整流电路的结构和特性。对电动机的影响主要表现在：输出谐波引起谐波发热和转矩脉动、输出du/dt、共模电压、噪声等方面，其影响主要取决于逆变电路的结构和特性。 关键词：中压变频器影响电网电动机 1、引言 泰州三水厂新建项目，拟增加一台水泵机组，电机电压6kV，功率900kW，电流105A，采用6kV变频装置控制，考虑选用进口设备。我们就目前国外几家中压变频器厂家推出的具有代表性的产品，Rockwell的PowerFlex7000系列、SIEMENS的SIMOVERT MV系列、ABB的Drive ACS1000中压交流传动系列、ASIRobicon的完美无谐波系列中压变频器，针对它们对电网和电动机产生的影响进行比较，分别从整流器、中间环节、逆变器这三个方面进行比较。 2、整流器的比较 PowerFlex7000系列：如图1所示，无输入变压器，采用SGCT作为功率元件，主要目的是采取电流PWM控制，以改善输入电流波形。每个桥臂3个串联作为一个开关使用，共18个SGCT，串联时存在静态和动态均压问题。前端有输入电抗器、电容组成的LC滤波器，可以得到较低的输入谐波，输入谐波电流失真可达1%以下，电流波形接近于正弦波，其功率因数可调，可以做到接近于1，根据要求，也可调节成超前的功率因数，不需采用功率因数补偿装置，对电网起到部分无功补偿作用。
变频器的原理及应用 沈阳飞机工业（集团）有限公司 动力处 范晓黎
摘要 由于变频调速有显著的优点，具有无冲击启动和软停机的优良控制特性，可极大的延长机械设备的使用寿命，减少设备的维护量;随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高、体积越来越小、运行可靠性越来越高，应用越来越广泛，选择合理的变频器对于设备的正常运行非常重要。 关键词：变频器、使用寿命、合理选择 一、变频器的原理 近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。 1 变频器的工作原理 交流电动机的同步转速表达式为： n＝60 f(1－s)/p N—异步电动机的转速；f—异步电动机的频率；S—电动机转差率；P—电动机极对数。 由式公式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 所谓变频调速器——它将三相工频（50Hz）交流电源（或任意电源）变换成三相电压可调、频率可调的交流电源，有时又将变频调速器称为变压变频装置VVVF。主要用于交流电动机（异步机或同步机）转速的调节。一个交流电动机变频调速系统由变频调速器驱动器、交流电动机和控制器三大部分组成。其中关键核心设备是变频调速器，由它来实现电动机电压和频率的平滑变化。 变频调速在调频范围、静态精度、动态品质、系统效率、完善的保护功能、容易实现自动控制和过程控制等诸方面是以往的调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速和液力耦合器调速等无法比拟的。它是公认的交流电动机最理想最有前途的调速方案，代表今后电气传动的发展方向。 二、变频器结构和分类 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。
高压变频器工作原理 高压变频器（在国外称中压变频器）自上个世纪九十年代中期开始在国内推广，经过十年的发展，今天已经普遍为市场所接受，估计今年的市场容量在10亿到20亿元人民币之间。 本文将从产品技术和市场两方面分析高压变频器的特点。 一、高压变频器的产品和技术特点 上世纪八十年代到九十年代初，高压电机要实现调速，主要采用三种方式： （1）液力耦合器方式。即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节； （2）串级调速。串级调速必须采用绕线式异步电动机，将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网，这样相当于调节了转子的内阻，从而改变了电动机的滑差；由于转子的电压和电网的电压一般不相等，所以向电网逆变需要一台变压器，为了节省这台变压器，现在国内市场应用中普遍采用内馈电机的形式，即在定子上再做一个三相的辅助绕组，专门接受转子的反馈能量，辅助绕组也参与做功，这样主绕组从电网吸收的能量就会减少，达到调速节能的目的。 （3）高低方式。由于当时高压变频技术没有解决，就采用一台变压器，先把电网电压降低，然后采用一台低压的变频器实现变频；对于电机，则有两种办法，一种办法是采用低压电机；另一种办法，则是继续采用原来的高压电机，需要在变频器和电机之间增加一台升压变压器。上述三种方式，发展到目前都是比较成熟的技术。液力耦合器和串级调速的调速精度都比较差，调速范围较小，维护工作量大，液力耦合器的效率相比变频调速还有一定的差距，所以这两项技术竞争力已经不强了。至于高低方式，能够达到比较好的调速效果，但是相比真正的高压变频器，还有如下缺点：效率低，谐波大，对电机的要求比较严格，功率较大时（500KW以上），可靠性较低。高低方式的主要优势在于成本较低。 目前，主流的高压变频器产品主要有三种类型：
第26卷第2期2008年4月 天 然 气 与 石 油Na tura l Ga s And O il Vol .26,No .2Ap r .2008 收稿日期:2007208206 作者简介:何丽梅(19692)女,四川成都人,高级工程师,学士,主要从事电气设计工作。电话:(028))86014455。 中压变频器的技术特性及运用 何丽梅,杨 焜 (中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017) 摘 要:中压变频器没有形成类似低压变频器那样统一的拓扑结构,国外制造商提供的中 压变频器均有其各自的技术特点和适用范围。根据国内交流兆瓦级变频驱动系统在工程中的 运用情况,结合制造商提供的先进技术方案,对变频器的结构和技术参数进行比较分析,以图示说明重要概念和技术指标,对不同形式的中压变频器适用情况进行总结,有利于这一先进节能技术的推广和运用。 关键词:中压变频器;多电平;输入功率因数;输出谐波;脉宽调制文章编号:100625539(2008)022******* 文献标识码:B 随着电力电子器件(如I G BT 绝缘栅双极晶体管、I GCT 门极晶闸管、I ECT 注入增强型门极晶体管 等)性能的提高和门类的发展,中压变频器作为兆瓦级电动机的传动方案实现无级调速,满足工艺过程的速度控制要求,大幅度地节约能源、降低成本。近年来,各种中压变频器不断出现,到目前为止尚未形成类似低压变频器结构那样的统一模式,甚至各制造商提供的同一类型变频器都存在细节上的差异,国际上也没有相关的统一制造标准。针对目前制造商提供的拓扑方案和技术指标,笔者根据实际工程中接触到的案例,对较为常用的几种中压变频器及其派生方案进行分析总结,旨在进一步加强对中压变频器的理解和技术推广。 按照目前功率元件的制造水准,中压变频器电 压等级在2300～7200V 之间(相对与供电网络电压只能称之为中压),评价其性能的主要指标有成本、可靠性、网侧谐波污染、输入功率因数、输出谐波、共模电压、系统效率、四象限运行等 [1] 。根据整 的偏差大,再加上管端壁厚的偏差,因此,当管件和与钢管组对时,二者端部连接的对口必然会有对不齐而出现错边的情况存在,所以二者组焊时,对口错边量的存在是必然的,不可避免的,对口错边量的控制,既不体现在管件标准中,也不体现在钢管标准中,但二者又相互关联,因此钢管标准和管件标准都应在制定管端几何尺寸偏差时,考虑与之对接的管件/钢管的偏差,使之在对接时的对口错边量在强度安全的范围内,并且在工艺管道系统设计采用的施工安装标准中加以规定,因此作为工艺管道系统设计的设计人员应认真思考和采用标准,在设计文件中对对口错边量予以规定,以保证管道系统的安全可靠性。 参考文献: [1] G B /T 12459-2005,钢制对焊无缝管件[S].[2] G B /T 13401-92,钢板制对焊管件[S].[3] SH 3408-96,钢制对焊无缝管件[S].[4] SH 3409-96,钢板制对焊管件[S].[5] SY/T 0510-1998,钢制对焊管件[S].[6] AS ME B16.9-2001,工厂锻制对焊管件[S].[7] MSS SP75-2004,优质锻造对焊管件技术规范[S].[8] G B /T 9711.2-1999,石油天然气工业输送钢管交货 技术条件第2部份:B 级钢管[S]. [9] G B 6479-2000,高压化肥设备用无缝钢管[S].[10] AP I 5L -2004,管线钢管规范[S]. [11] 李之光,蒋智翔.锅炉受压元件强度标准分析[M ]. 北京:技术标准出版社,1980,1.