高压变频器的基本构成及技术应用实践
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高压变频器工作原理引言高压变频器是一种能够将电源输入的交流电转换为可供高压设备使用的交流电的设备。
它通过调节电源的频率和电压,以适应不同的高压设备工作要求。
本文将介绍高压变频器的工作原理和基本构造,以及其在工业领域中的应用。
工作原理高压变频器的工作原理基于功率电子技术和控制电路技术。
它主要由整流器、滤波器、逆变器和控制器组成。
整流器整流器的主要作用是将交流电源输入转换为直流电。
当前流电路常用的整流器有整流二极管和可控整流器两种类型。
整流二极管只能将交流电转换为单向的直流电,而可控整流器可以通过调整控制信号来改变输出电流的型式。
滤波器滤波器用于平滑整流后的直流电,以减小电压和电流的纹波。
常用的滤波器包括电感滤波器和电容滤波器。
电感滤波器通过电感元件对电压进行滤波,而电容滤波器则通过电容元件对电流进行滤波。
逆变器逆变器是将滤波后的直流电转换为交流电的关键组件。
逆变器可以将直流电转换为不同频率和电压的交流电。
逆变器一般采用可控硅、可控三极管等元件,通过控制这些元件的导通和截止,可以实现输出波形的调节。
控制器控制器是高压变频器的智能调节和控制中心。
它通过接收输入信号,如运行状态、速度、电流等信息,来控制整个系统的运行。
控制器可以采用多种控制算法,如PID控制、模糊控制等,以实现高精度的调节和控制。
基本构造高压变频器的基本构造包括变频器主电路、控制电路、散热系统和保护系统。
变频器主电路变频器主电路是高压变频器的核心部分,它包括整流器、滤波器和逆变器。
主电路的设计和选型直接影响到高压变频器的性能和稳定性。
控制电路控制电路负责接收输入信号并对其进行处理,然后通过控制信号来控制整个系统的运行。
控制电路通常由微处理器、传感器、模拟与数字转换器等组成。
散热系统高压变频器的工作过程中会产生大量的热量,如果不能及时散热,可能会引起温度升高,影响系统的可靠性和寿命。
因此,高压变频器通常配备散热系统,如散热器、风扇等。
保护系统保护系统是为了保护高压变频器和被控制设备免受损坏而设计的。
高压变频器工作原理一、引言高压变频器是一种电力传动设备,常用于电动机的调速控制。
它能够将输入的电源交流电转换为可调频率和可调电压的交流电,从而实现对电机的精确控制。
本文将详细介绍高压变频器的工作原理及其相关技术。
二、高压变频器的基本组成1. 输入电源:高压变频器通常使用三相交流电源作为输入电源,电压范围通常在6kV至13.8kV之间。
2. 整流器:高压变频器的输入电源首先经过整流器,将交流电转换为直流电。
整流器通常采用可控硅等器件。
3. 中间电路:直流电经过整流器后,进入中间电路,中间电路主要由电容器组成,用于存储能量并平滑直流电压。
4. 逆变器:中间电路的直流电经过逆变器,被转换为可调频率和可调电压的交流电。
逆变器通常采用多级逆变技术,以提高输出电压质量。
5. 控制系统:高压变频器的控制系统负责监测和控制整个系统的运行。
它通过采集电机的运行状态和用户的控制信号,对逆变器进行调节,实现对电机的精确控制。
三、高压变频器的工作原理1. 输入电源供电:将三相交流电源接入高压变频器的输入端,通过输入端的断路器和隔离开关保证系统的安全运行。
2. 整流器工作:输入电源经过输入端的整流器,将交流电转换为直流电。
整流器通过可控硅等器件进行控制,调整整流电压的大小。
3. 中间电路充电:直流电经过整流器后,进入中间电路,中间电路的电容器开始充电,存储能量并平滑直流电压。
4. 逆变器工作:中间电路的直流电经过逆变器,被转换为可调频率和可调电压的交流电。
逆变器通过多级逆变技术,将直流电转换为高质量的交流电。
5. 控制系统调节:控制系统根据电机的运行状态和用户的控制信号,对逆变器进行调节。
通过改变逆变器输出的频率和电压,实现对电机的精确控制。
6. 输出电源供电:逆变器输出的交流电经过输出端的断路器和隔离开关,供给电机运行所需的电能。
7. 反馈控制:控制系统还会采集电机的运行状态反馈信号,通过比较反馈信号与期望信号,实现闭环控制,进一步提高电机的控制精度。
高压变频器工作原理一、概述高压变频器是一种用于调节电机转速的电力调节设备,广泛应用于工业生产中。
通过改变电源输入电压和频率,控制电机的转速和负载,从而实现对工业生产过程的精确控制。
本文将详细介绍高压变频器的工作原理,包括其基本构成、工作原理和应用场景。
二、基本构成高压变频器主要由整流器、逆变器、滤波器、控制电路和保护电路等组成。
1. 整流器:将交流电源转换为直流电源,通常采用整流桥电路实现。
2. 逆变器:将直流电源转换为可变频率的交流电源。
逆变器通常采用IGBT(绝缘栅双极性晶体管)作为开关元件,通过控制开关元件的开关频率和占空比来调节输出电压和频率。
3. 滤波器:用于滤除逆变器输出中的谐波和干扰,保证输出电压的纯净度和稳定性。
4. 控制电路:负责接收用户输入的控制信号,通过对逆变器的控制来实现对电机转速的调节。
5. 保护电路:用于监测和保护高压变频器的工作,包括过电流保护、过温保护、短路保护等功能。
三、工作原理高压变频器的工作原理可以分为三个步骤:输入电源调整、逆变器输出调整和电机转速调整。
1. 输入电源调整:高压变频器首先将输入的三相交流电源通过整流器转换为直流电源。
整流器采用整流桥电路,将交流电源的负半周和正半周分别转换为直流电压。
整流后的直流电压经过滤波器平滑处理,得到稳定的直流电源。
2. 逆变器输出调整:经过整流和滤波后的直流电源被送入逆变器,逆变器通过控制开关元件的开关频率和占空比来调节输出电压和频率。
逆变器采用IGBT作为开关元件,通过不断切换开关状态来生成可变频率的交流电源。
逆变器输出的交流电源经过滤波器滤除谐波和干扰,得到纯净且稳定的输出电压。
3. 电机转速调整:逆变器输出的交流电源被送入电机,通过调节输出电压和频率来控制电机的转速。
高压变频器的控制电路接收用户输入的控制信号,根据用户需求调节逆变器的输出电压和频率,从而控制电机的转速。
控制电路还可以根据电机的负载情况进行动态调整,保证电机的运行稳定和效率。
ppt课件•高压变频器基本概念与原理•高压变频器市场现状及发展趋势•高压变频器技术特点与优势•高压变频器选型与安装调试指南目录•高压变频器运行维护与故障排除方法•高压变频器在节能环保领域应用前景高压变频器基本概念与原理01CATALOGUE定义节能提高生产效率减少机械磨损定义及作用高压变频器是一种电力电子设备,用于控制和调节高压交流电机的速度和运行性能。
优化电机运行性能,提高生产设备的运行效率。
通过调节电机速度,使之与实际负载需求匹配,从而达到节能效果。
通过软启动和调速功能,减少电机和机械设备的磨损。
A BC D工作原理简介主电路结构高压变频器主电路一般采用交-直-交结构,包括整流器、中间直流环节和逆变器三部分。
中间直流环节平滑直流电压,储存能量。
整流将三相交流电转换为直流电。
逆变将直流电转换为频率和电压可调的三相交流电,供给高压交流电机。
高压变频器分类按电压等级分类如6kV、10kV等,不同电压等级对应不同的高压变频器产品。
按控制方式分类包括开环控制和闭环控制(矢量控制、直接转矩控制等)。
按功率等级分类从小功率到大功率,不同功率等级的高压变频器适用于不同的应用场景。
高压变频器市场现状及发展趋势02CATALOGUE市场规模与增长趋势市场规模近年来,随着工业自动化水平的提高和能源节约需求的增加,高压变频器市场规模不断扩大。
根据市场调研数据,2022年高压变频器市场规模已达到数十亿元人民币。
增长趋势随着国家节能减排政策的深入实施和工业企业对能源利用效率要求的提高,高压变频器市场将继续保持快速增长。
预计未来几年,市场规模将以每年10%以上的增长速度持续扩大。
主要厂商及产品特点主要厂商目前,国内外众多企业涉足高压变频器领域,包括ABB、西门子、施耐德、台达、汇川技术等国际知名品牌,以及英威腾、合康新能、森源电气等国内优秀企业。
产品特点高压变频器产品种类繁多,各具特色。
一般来说,高压变频器具有高效率、高功率因数、低谐波污染等显著特点。
高压变频器的工作原理高压变频器是一种广泛应用于工业领域的电力调节设备,其主要功能是将输入电源的频率和电压转换为适合供给高压电机的输出,实现对电机转速的调节和控制。
本文将详细介绍高压变频器的工作原理。
一、高压变频器的基本构成高压变频器由整流单元、滤波单元、逆变单元、控制单元和保护单元等组成。
1. 整流单元:将交流电源转换为直流电源,通常采用全控整流桥电路实现。
2. 滤波单元:对整流后的直流电进行滤波,使输出电压平稳,减小电压脉动。
3. 逆变单元:将滤波后的直流电压转换为可调节的交流电压,一般采用高频开关器件,如IGBT等。
4. 控制单元:负责对高压变频器的工作进行调节和控制,包括输入输出信号的采集、信号处理和PWM调制等功能。
5. 保护单元:监测高压变频器的工作状态,如电流、电压、温度等参数,当出现异常情况时进行保护措施,确保设备的安全运行。
二、高压变频器的工作原理可以简单概括为四个步骤:采集输入信号、信号处理、PWM调制和输出控制。
1. 采集输入信号:高压变频器通过采集输入信号,如电流、电压和速度等参数,获取电机的实际工作状态。
2. 信号处理:通过对输入信号的处理,如滤波、放大、采样等操作,将其转换为控制单元可以处理的数字信号。
这些信号包含了电机的工作状态和外部设定的控制指令。
3. PWM调制:根据控制单元中的控制算法和调节策略,通过对逆变电路的控制,实现对输出电压的调节。
PWM调制技术可以通过改变逆变器输出电压的占空比来实现对电机转速的调节。
4. 输出控制:PWM调制后的信号经过输出滤波后供给电机,实现电机的驱动。
输出控制单元可以根据实际需要进行速度、转矩等外部参数的调节,从而实现对电机的精确控制。
三、高压变频器的优势与应用领域高压变频器具有以下几个优势:1. 能耗节约:高压变频器通过调整电机的输出频率和电压,实现对电机负载的匹配,从而达到节能的效果。
2. 精确控制:高压变频器具有精确的输出控制能力,可以实现对电机的精确调速,适应各种工况要求。
高压变频培训课件一、引言随着工业自动化程度的不断提高,高压变频器在电力、化工、冶金、水泥等行业的应用越来越广泛。
高压变频器以其节能、调速范围宽、运行稳定、维护方便等优点,成为了工业生产中不可或缺的设备。
为了提高大家对高压变频器的了解和应用能力,我们特此编写了本培训课件。
二、高压变频器的基本原理1.变频调速的原理变频调速是通过改变电机供电频率来实现电机转速调节的一种方法。
根据电机转速与供电频率的关系,可以得到如下公式:n=60f/p其中,n表示电机转速,f表示供电频率,p表示电机极对数。
通过调节供电频率,就可以实现电机转速的调节。
2.高压变频器的组成高压变频器主要由整流器、滤波器、逆变器、控制电路等组成。
整流器将交流电转换为直流电,滤波器对直流电进行滤波处理,逆变器将直流电转换为可控的交流电,控制电路负责对整个系统进行控制和保护。
3.高压变频器的控制策略高压变频器的控制策略主要包括电压型控制和电流型控制。
电压型控制通过控制逆变器的输出电压,实现对电机转速的调节;电流型控制通过控制逆变器的输出电流,实现对电机转矩的调节。
三、高压变频器的应用1.节能降耗高压变频器在工业生产中具有显著的节能效果。
以风机、泵类负载为例,当负载需求降低时,通过降低电机转速,可以显著降低电机功耗,实现节能降耗。
2.提高生产效率高压变频器可以实现电机转速的精确调节,满足各种生产工艺的需求。
在提高生产效率的同时,还可以保证产品质量。
3.软启动功能高压变频器具有软启动功能,可以减少电机启动时的电流冲击,延长电机使用寿命。
4.保护功能高压变频器具有过载、过压、欠压、过热等多种保护功能,确保电机安全运行。
四、高压变频器的选型与维护1.选型原则(1)根据负载特性选择合适的变频器类型;(2)根据电机功率、电压等级等参数选择合适的变频器容量;(3)考虑变频器的性能指标,如调速范围、精度、响应速度等;(4)考虑变频器的可靠性、防护等级、环境适应性等。
技术部分、GVF10kV 高压变频器1.1系统组成GVF 10kV变频调速系统由旁路柜(可选)、移相变压器柜(必选)、逆变器柜(必选)、控制柜(必选)组成。
GVF变频器为高—高电压源,交—直—交, SPW型变频器。
全套系统见图1-1。
图1-1 GVF 10kV高压变频器组成旁路柜:旁路柜采用手动一拖一方案(根据用户需要可定做自动旁路方案)。
手动旁路柜主要功能是当变频器需要检修维护时,通过倒闸操作,使得变频器退出运行,实现电机的工频启动运行。
旁路方案如图1-2,旁路柜主要由三个刀闸组成,包括输入刀闸QS1、输出刀闸QS2、旁路刀闸QS3。
QS1、QS2、QS3三个刀闸换成真空接触,可以实现自动转换。
当系统工频运行时,QS3闭合,QS1和QS2打开。
当系统变频运行时,QS1 和QS2闭合,QS3打开。
QS1与QS3有机械互锁。
各隔离开关都预留辅助接点。
旁路柜内置防浪涌吸收装置,对系统进行浪涌保护。
图1-2手动旁路柜方案移相变压器柜:由输入变压器、温控仪和风冷系统组成。
输入变压器为54脉冲移相干式变压器(以下简称移相变压器),由其为逆变器的各个功率单元提供整流用电源。
逆变器柜:内置27个结构相同的单相逆变功率单元(以下简称功率单元),这些功率单元按每相9个的结构放置在柜体内,由高压电缆和高压铜排连接。
逆变器柜内布置有风冷系统。
控制柜:内置有主控板、人机界面、UPS、低压电器等控制及操作器件。
1.2系统技术方案变频器工作原理如图1-3,采用多个低压的功率单元串联实现高压输出,输出侧采用多电平移相正弦PWMI制,输入降压变压器采用移相方式,可有效消除装置对电网的谐波污染。
串联型多电平高压变频器采用多个独立的低压串联实现高压输出,包含移相变压器和功率单元两大部分。
图1-3变频器工作原理图移相变压器采用多重化设计,将网侧的高压变换成二次侧的多组低电压(本工程为27组),二次侧绕组在绕制时采用延边三角形接法,相互之间形成固定相位差,产生多脉冲整流方式,使得变压器二次侧各绕组(功率单元的输入)的谐波电流相互抵消,不反映到高压侧,从而有效改善电网的电流波形,基本上消除了变频器对电网的谐波污染。
高(中)压变频调速技术综述1 引言变频调速以其优异的调速和起动性能,高效率、高功率因数和节电效果,应用范围广等诸多优点而被认为是最有发展前途的调速方式之一。
在低压(380~690V)领域,交流变频调速技术已经得到了广泛应用。
而在高(中)压(3kV、6kV和10kV电压等级)领域,由于种种原因,变频调速技术的应用一直没有得到有效推广。
高(中)压电动机广泛应用于冶金、钢铁、石油、化工、水处理等各行业的大、中型厂矿中,用于拖动风机、泵类、压缩机及各种大型机械,功率一般在1000kW以上,若能利用变频调速来实现风量和水量调节,则可以节约大量的电能。
在大功率电力机车牵引传动和轧钢工业等方面,采用高(中)压变频技术,不但可以节约电能,而且可以显著改善系统的运行性能,提高产品的数量和质量,因而市场对具有一定性价比的高性能高(中)压变频器的需求量比较大。
大容量、高耐压功率器件的出现和以DSP为代表的智能控制芯片的迅速普及,为高(中)压变频调速技术应用研究打下了坚实的基础。
本文将对高(中)压变频器相关的功率开关器件、主电路拓扑结构和控制方式的当前状况等进行详细说明,在此基础上对高(中)压变频技术的发展方向加以探讨。
2 功率开关器件高(中)压变频器的发展和应用离不开高电压、大电流的电力电子器件。
一种好的功率开关器件应具有如下特点:(1)在阻断状态时能承受高电压;(2)在导通状态下,具有高的电流密度和低的导通压降;(3)在开关状态转换时具有足够短的导通时间和关断时间,并能承受高的di/dt和dv/dt。
目前在高(中)压变频器中得到广泛应用的电力电子器件主要有以下几种。
2.1 门极可关断晶闸管(GTO)GTO是最早的大功率自关断器件,是目前承受电压最高和流过电流最大的全控型器件。
它能由门极控制导通和关断,具有通过电流大、管压降低、导通损耗小,dv/dt耐量高等优点,目前已达6kV/6kA的应用水平,在大功率的场合应用较多。
高压变频器工作原理一、引言高压变频器是一种电力传动设备,广泛应用于工业领域。
本文将详细介绍高压变频器的工作原理,包括其基本构成、工作过程和相关技术参数。
二、基本构成高压变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制系统等组成。
1. 整流器:将交流电源转换为直流电源,用于提供给逆变器供电。
2. 滤波器:对整流器输出的直流电进行滤波处理,去除电源中的谐波成分,确保逆变器的输入电流质量。
3. 逆变器:将直流电源转换为可调频率、可调幅度的交流电源,用于驱动高压电机。
4. 控制系统:负责对整个高压变频器的运行进行监控和控制,包括调节输出频率、电压和电流等参数。
三、工作过程高压变频器的工作过程可以分为两个阶段:整流和逆变。
1. 整流阶段:(1) 首先,交流电源通过输入端口连接到整流器,整流器将交流电转换为直流电。
(2) 直流电经过滤波器进行滤波处理,去除电源中的谐波成分,得到稳定的直流电源。
2. 逆变阶段:(1) 直流电源通过输入端口连接到逆变器,逆变器将直流电转换为可调频率、可调幅度的交流电。
(2) 控制系统根据需要调节逆变器的输出频率、电压和电流等参数,以满足高压电机的工作要求。
(3) 逆变器输出的交流电经过输出端口连接到高压电机,驱动电机正常运行。
四、技术参数高压变频器的性能指标通常包括额定功率、额定电压、额定电流、输出频率范围、效率等。
1. 额定功率:指高压变频器能够持续输出的功率,通常以千瓦(kW)为单位。
2. 额定电压:指高压变频器的额定输入电压,通常以伏特(V)为单位。
3. 额定电流:指高压变频器的额定输入电流,通常以安培(A)为单位。
4. 输出频率范围:指高压变频器能够调节的输出频率范围,通常以赫兹(Hz)为单位。
5. 效率:指高压变频器的能量转换效率,即输出功率与输入功率之比,通常以百分比表示。
五、应用领域高压变频器广泛应用于各种工业领域,如电力、石化、冶金、矿山等。
1. 电力:高压变频器可用于电力系统中的发电机组、变电站等设备,实现电能的有效调节和控制。
一.高压变频器的基本结构将50HZ(60HZ)固定6KV(10KV)电网频率变换成0-50HZ可调频率的功率变换设备称为变频器,输出3KV/6KV电压的变频器称为高压变频器。
变频器一般由三部分组成:整流电路AC-DC;中间直流环节,滤波和能量储存;逆变器DC-AC。
二.工作原理高压变频器是由多个单元串联而成,上图显示了如何由低压单元叠加达到高压输出目的。
各个功率单元由输入隔离变压器的二次隔离线圈分别供电,额定电压为630V,每相6个,因此相电压为3780V,所对应的线电压为6600V,给功率单元供电的二级线圈互相存在一个相位差,实现输入多重化,由此可消除各单元产生的谐波。
三.专业的指标数据是衡量产品性能的唯一标准衡量高压变频器性能的主要指标有:输入对电网的谐波污染;输入的功率因数;输出波形的质量,可靠性等。
1.输入谐波高压变频器输入整流环节都为非线形的,会对电网产生谐波,其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数密切相关。
输入谐波对电力系统的影响:如果变频器输入电流谐波较大,对电力系统会影响继电器装置、测量仪器仪表、计算机系统及通信设备的正常工作。
谐波会使挂在同一电网的电机、变压器和电容等用电设备损耗增大,严重时会过热或烧毁设备。
输入谐波的数值应该控制在标准之内:IEEE519-1992国际标准;GB/T14549-93国家标准。
图:六脉冲二极管整流电路及输入电流波形图:12脉冲二极管整流电路及输入电流波形图:12脉冲晶闸管整流电路及输入电流波形图:36脉冲整流电路即可输入基本完美的无谐波电流波形减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流。
通过对上面6脉冲二极管、12脉冲二极管、12脉冲晶闸管和36脉冲的输入波形比较,6脉冲可以有效的抵消5次以下的谐波,12脉冲整流可以有效的抵消11次以下的谐波,36脉冲可以有效的抵消35次以下的谐波。
在不加滤波器的情况下,完美无谐波变压器的谐波含量控制在2%之内。
高压变频器的原理及应用前言高压变频器是一种电器设备,用于将电源的交流电转换成可调节频率和电压的交流电。
它在工业领域有着广泛的应用,可以用于驱动各种高压电机,实现节能和精确控制。
本文将介绍高压变频器的原理和应用。
高压变频器的原理高压变频器的原理主要包括三个方面:整流、逆变和PWM调制。
1.整流:高压变频器首先对输入的交流电进行整流,将交流电转换为直流电。
这一步通常使用整流桥电路完成,包括多个可控整流器。
整流过程中,可以通过控制整流器的导通和关断时机,实现对输出直流电电压的控制。
2.逆变:经过整流后得到的直流电,需要进一步经过逆变处理,将其转换为可调频率和电压的交流电。
逆变主要通过逆变器完成,逆变器是由多个功率开关器件组成的,如晶闸管、IGBT等。
逆变器将直流电转换为高频交流电,在输出电压上通过调节逆变器的开关器件通断时机来实现。
3.PWM调制:高压变频器通过PWM(脉宽调制)技术对逆变器的开关器件进行控制,从而实现对输出电流、电压的精确控制。
PWM调制会根据输入的控制信号生成一系列脉冲宽度可调的波形,用于控制逆变器开关器件的导通和关断。
通过调节这些脉冲的脉宽和频率,可以控制输出电压和频率的大小。
常用的PWM调制方式有SVM(空间矢量调制)和SPWM(正弦波脉宽调制)。
高压变频器的应用高压变频器在工业领域的应用十分广泛,主要用于电机的调速控制和节能改造。
以下是一些典型的应用场景:1.水泵控制:高压变频器可以用于水泵的调速控制,根据需要调整输出频率和电压,以实现对水泵的精确控制。
例如,在供水系统中,可以根据不同的需求调整水泵的工作频率和电压,节约能源和延长设备寿命。
2.风机控制:高压变频器广泛应用于工业风机的调速控制。
通过调整输出频率和电压,可以灵活地控制风机的转速和风量。
这对于一些需要根据工艺需求随时调整风机转速的场合非常有用,比如空调系统、通风系统等。
3.压缩机控制:高压变频器也常用于压缩机的调速控制。
高压变频器原理及应用1、引言电机是工业生产中主要的耗电设备,高压大功率电动机的应用更为突出,而这些设备大部分都存在很大的节能潜力。
所以大力发展高压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性.目前,随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展,高压大功率变频调速装置不断地成熟起来,原来一直难于解决的高压问题,近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。
其应用领域和范围也越来越为广范,这为工矿企业高效、合理地利用能源(尤其是电能)提供了技术先决条件。
2、几种常用高压变频器的主电路分析(1)单元串联多重化电压源型高压变频器.单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联,弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。
所谓多重化,就是每相由几个低压功率单元串联组成,各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电,用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。
但其存在以下缺点:a)使用的功率单元及功率器件数量太多,6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管,60只IGBT),装置的体积太大,重量大,安装位置和基建投资成问题;b)所需高压电缆太多,系统的内阻无形中增大,接线太多,故障点相应的增多;c)一个单元损坏时,单元可旁路,但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的,造成电压、电流不平衡,从而谐波也相应的增大,勉强运行时终究会导致电动机的损坏;d)输出电压波形在额定负载时尚好,低于25Hz以下畸变突出;e)输出电压波形在额定负载时尚好,低于25Hz以下畸变突出;f)由于系统中存在着变压器,系统效率再提高不容易实现;移相变压器中,6kV三相6绕组×3(10kV时需12绕组×3)延边三角形接法,在三相电压不平衡(实际上三相电压是不可能绝对平衡的)时,产生的内部环流,必将引起内阻的增加和电流的损耗,也相应的就造成了变压器的铜损增大.此时,再加上变压器的铁芯的固有损耗,变压器的效率就会降低,也就影响了整个高压变频器的效率。
中国石化集团胜利石油管理局有限公司供水分公司257200前言;在能源日益紧张的今天,交流变频调速技术作为节约能源的重要手段,受到各工业生产领域的重视,变压变频U/F可以平滑线性变速。
调速的范围广,效率高、功率因数高,可降低启动电流冲击,实现软启动,获得较高的启动转矩,(转子所受的旋转磁场力)负载减速时可以实现能量回馈的再生制动,(减速制动时,属于电机四象限正转发电状态,需要能量回馈到电网中再利用。
这一方面在介绍功率单元电路时再作详细说明。
)使电机快速逆转(发电转电动),并且具有软启软停、简单可编程芯片易构成自动控制系统,交流变频调速技术是集电力电子、自动控制、微电子、半导体、电机学技术的一项高技术。
它以其优异的调速性能,显著的节能效果在国民经济各领域广泛应用,是公认的最理想的电气传动方案,也是在今后电气传动的发展方向。
关键词:高压变频器逆变结构谐波功率单元电能回馈电平完美正弦波延边移相变压器1)背景;随着变频调速器技术发展,近年来我国大容量传动的高压变频技术得到广泛的应用。
高压电动机利用高压变频器,实现无级(没有档位差)线性调速既满足了生产工艺过程电机控制的要求,又可以节约能源,降低成本提高生产效率。
我们孤北水厂引进两组高压变频控制系统与机组,自2018年投运以来在供水工艺系统外输环节生产中,得到了较好的应用,但是由于高压变频系统中各环节结构性能、功能、工作原理以及各部分之间联系控制十分复杂,所以在工作中,维护保养、分析判断故障定位,以及发生故障时如何应变快速处理,都非常棘手困难,因此也是基于这种思路,通过网络学习和与厂家的交流学习结合工作中的实际,阐述自己对这门技术知识和理解,抛砖引玉,望各位同行、专家提出指导性意见,深入探讨尽快掌握这门新技术。
2)6kv变频系统的构成与基本功能;为了更好的了解15单元多电平逆变器工作原理、结构、作用。
分析各部分的组成结构和功能尤为重要,6kv变频系统是由进线柜、旁路柜、变压器柜、功率单元柜、控制柜和高压调速电机组成。
高压变频器工作原理一、引言高压变频器是一种电力调节设备,用于控制高压电源供应给电动机的频率和电压。
它通过改变电源的频率和电压,实现对电动机转速和负载的精确控制。
本文将详细介绍高压变频器的工作原理,包括其基本构成、工作过程、控制方式以及应用范围。
二、基本构成高压变频器由输入电源模块、整流模块、中间电路模块、逆变模块和输出滤波模块等组成。
其中,输入电源模块将交流电源转换为直流电源,整流模块将直流电源转换为中间电路模块所需的直流电压,中间电路模块将直流电压稳定并提供给逆变模块,逆变模块将直流电压转换为交流电压,输出滤波模块用于滤除逆变模块产生的谐波。
三、工作过程1. 输入电源模块:将三相交流电源输入高压变频器,通过整流桥将交流电源转换为直流电源。
2. 整流模块:将直流电源转换为中间电路模块所需的直流电压,并通过电容器进行滤波。
3. 中间电路模块:将直流电压稳定并提供给逆变模块。
它由电感、电容和继电器等组成,用于平衡直流电压、提供稳定的电源电压。
4. 逆变模块:将直流电压转换为交流电压,并通过PWM(脉宽调制)技术控制输出电压的频率和幅值。
5. 输出滤波模块:用于滤除逆变模块产生的谐波,确保输出电压的稳定性和纯净性。
四、控制方式高压变频器的控制方式主要包括开环控制和闭环控制。
1. 开环控制:根据负载的需求,通过设置高压变频器的输出频率和电压来控制电动机的转速和负载。
这种控制方式简单、成本低,但对负载变化的适应性较差。
2. 闭环控制:通过传感器获取电动机的转速和负载信息,并将其反馈给高压变频器进行调节。
高压变频器根据反馈信息对输出频率和电压进行动态调整,以实现对电动机的精确控制。
闭环控制方式具有较高的控制精度和负载适应性,但成本较高。
五、应用范围高压变频器广泛应用于工业领域,特别是对于需要精确控制转速和负载的设备,如电动机、泵、风机、压缩机、卷取机等。
它可以提高设备的运行效率、降低能耗和维护成本,同时还可以实现对设备的远程监控和故障诊断。
高压变频器的基本构成及技术应用实践摘要:本文主要阐述我厂所使用的罗宾康高压变频器的系统组成及其技术特点,并介绍在我厂延迟焦化气压机设备使用中所产生的问题进行阐述、分析,进而采取有效的应对对策,解决生产实际问题。
关键词:高压变频器发热拓扑结构电容逆变温度1、前言目前世界上的高压变频器不像低压变频器一样具有成熟一致的主电路拓扑结构,而限于功率器件的电压耐量和高压使用的矛盾,国内外各高压变频器的生产厂商采用不同的功率器件和不同的主电路拓扑结构,以适应不同的电压等级和各种拖动的设备要求,因而在各项性能指标和适应范围上也各有差异。
主电路拓扑结构主要有:(1)功率器件串联二电平直接高压变频;(2)采用HV-IGBT、IGCT的多电平电压源型变频器;(3)采用LV-IGBT的单元串联多重化电压源型变频器等。
2、单元串联多重化电压源型变频器技术2.1 西门子罗宾康公司利用单元串联多重化技术,生产出功率为315kW~10MW的完美无谐波(PERFECTHARMONY)高压变频器,无须输出变压器实现了直接 3.3kV 或6kV高压输出;首家在高压变频器中采用了先进的IGBT功率开关器件,达到了完美无谐波的输出波形,无须外加滤波器即可满足各国供电部门对谐波的严格要求;输入功率因数可达0.95以上,THD<1%,总体效率(包括输入隔离变压器在内)高达97%。
达到这么高指标的原因是采用了三项新的高压变频技术:一是在输出逆变部分采用了具有独立电源的单相桥式SPWM逆变器的直接串联叠加;二是在输入整流部分采用了多相多重叠加整流技术;三是在结构上采用了功率单元模块化技术。
2.2 单元串联多重化电压源型变频器主电路基本构成所谓多重化技术就是每相由几个低压PWM功率单元串联组成,各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电,用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。
多重化技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题,可实现完美无谐波变频。
2.2.1 6kV变频器的主电路拓扑结构图1为6kV变频器的主电路拓扑结构图,每组由5个额定电压为690V的功率单元串联,因此相电压为690V×5=3450V,所对应的线电压为6000V。
2.2.2 五功率单元串联变频器的电气连接图2为五功率单元串联变频器的电气连接,每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电,15个二次绕组分成5组,每组之间存在一个12°的相位差。
每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成的三相输入,单相输出的低压PWM电压型逆变器。
2.2.3 功率单元电路图3为功率单元电路,每个功率单元输出电压为1、0、-1三种状态电平,每相5个单元叠加,就可产生11种不同的电平等级,分别为±5、±4、±3、±2、±1和0。
2.2.4 一相合成的正波输出电压波形。
图4为一相合成的正波输出电压波形。
2.3 多重化技术构成的高压变频器技术分析多重化技术构成的高压变频器,也称为单元串联多电平PWM电压型变频器,采用功率单元串联,而不是用传统的器件串联来实现高压输出,所以不存在器件均压的问题。
每个功率单元承受全部的输出电流,但仅承受1/5的输出相电压和1/15的输出功率。
变频器由于采用多重化PWM技术,由5对依次相移12°的三角载波对基波电压进行调制。
对A相基波调制所得的5个信号,分别控制A1~A5五个功率单元,经叠加可得具有11级阶梯电平的相电压波形,线电压波型具有21阶梯电平,它相当于30脉波变频,理论上19次以下的谐波都可以抵消,总的电压和电流失真率可分别低于1.2%和0.8%,堪称完美无谐波变频器。
它的输入功率因数可达0.95以上,不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置。
变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压,串联各单元之间的载波错开一定的相位,每个功率单元的IGBT开关频率若为600Hz,则当5个功率单元串联时,等效的输出相电压开关频率为6kHz。
功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗,而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。
波形的改善除减小输出谐波外,还可以降低噪声、dv/dt值和电机的转矩脉动。
所以这种变频器对电机无特殊要求,可用于普遍笼型电机,且不必降额使用,对输出电缆长度也无特殊限制。
由于功率单元有足够的滤波电容,变频器可承受-30%电源电压下降和5个周期的电源丧失。
这种主电路拓扑结构虽然使器件数量增加,但由于IGBT驱动功率很低,且不必采用均压电路、吸收电路和输出滤波器,可使变频器的效率高达96%以上。
2.4 单元串联多重化变频器的优缺点2.4.1 单元串联多重化变频器的优点(1)由于采用功率单元串联,可采用技术成熟,价格低廉的低压IGBT组成逆变单元,通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求;(2)完美的输入输出波形,使其能适应任何场合及电机使用;(3)由于多功率单元具有相同的结构及参数,便于将功率单元做成模块化,实现冗余设计,即使在个别单元故障时也可通过单元旁路功能将该单元短路,系统仍能正常或降额运行。
2.4.2 单元串联多重化变频器的缺点(1)使用的功率单元及功率器件数量太多,6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管,60只IGBT),装置的体积太大,重量大,安装位置成问题;(2)无法实现能量回馈及四象限运行,且无法实现制动;(3)当电网电压和电机电压不同时无法实现旁路切换控制。
3、高压变频器运行过程中存在的问题及其对策自从高压变频器进入中国市场以来,在短短的十几年时间里得到了非常广泛的应用。
目前,高压变频器以其智能化、数字化、网络化等优点越来越受到人们的青睐。
随着高压变频器应用范围的扩大,暴露出来的问题也越来越多,主要有以下几方面:(1)谐波问题。
(2)发热问题。
3.1 谐波问题对策随着高压变频器主电路拓扑结构的不断改进。
谐波问题已从高压变频器内部结构的设计与生产中得到很大改善。
3.2 发热问题及其对策变频器是一种精密的电气设备,其发热是由内部的损耗产生的。
因变频器内部有很多的电路板以及电解电容组成,决定了它运行中对环境的要求比较高,同时由于元器件本身的差异,即使同批次的产品也存在一些差异,这就导致了变频器之间的差异也比较多。
环境对设备的稳定运行有着很大的影响,高温高湿及高污染的环境大大降低了设备的稳定运行。
例:我厂2009年9月18日变频器功率单元过热导致电容烧毁故障原因的分析:我厂2008年在延迟焦化3300KW气压机上投用的西门子公司生产的罗宾康3300KW高压变频器,于2009年9月18日出现因温度高而造成功率单元电容器爆炸,引起单元IGBT爆炸,造成高压变频器跳机。
当时现场环境高压变频器室存在负压,周围的炭粉等容易进入变频器室。
该变频室的进风口设计为地下抽风,潮湿的空气容易进入房间。
3.2.1 高压变频器的故障原始记录与分析(1)变频器的故障原始记录(如图5-7)。
(2)变频器的故障原始记录分析。
根据上述原始故障事件记录以及功率单元的照片,分析如下:变频器最早于2009年8月18日10:51分出现接地故障,其机理为它的输入电源三相电压相差40%以上,变频器就发出这个报警,但此时变频器还在运行中,该报警一直持续到8月19日的5:07分,此时变频器出现A4overtemperature 报警,报警于9:27分复位,在下午的14:27分,出现多个功率单元过温报警,并且于14:44分,A4功率单元最终导致过温故障而被旁路,因为有旁路系统,所以变频器继续运行而没有停机,在15:04分,另一个功率单元A5也因为功率单元过温故障而被旁路,变频器仍然没有停机,很快15:05分,B5功率单元也由于同样的过温故障而被旁路掉,变频器在三个单元都被旁路后仍然在继续运行中,一直到15:06分,变频器由于B4功率单元OOS故障而停止了运行。
将这些功率单元拆开看,变频器B5单元损坏最为严重,其中一个电容击穿,其余有几个电容发热阀打开,确定为外部受热,导致电容损坏,电容损坏后,电容瞬间短路,导致IGBT短路爆炸。
可以确定的是,变频器的这些故障,都是由于变频器过热所导致的。
3.2.2 功率单元损坏原因(1)高压变频器在8月18日出现接地故障。
接地故障是由于变频器电压不平衡,这样总的电压就会下降,而变频器的高压与控制系统的低压系统属于一个母线,导致控制系统的电压降低,由于控制部分由UPS供电,对它没有任何影响;但对于风机影响较大,风机的电压降低,风机的转速就会降低,那么变频器的散热就会受到影响,同时空调的正常工作受到了影响,其冷却能力打了折扣,这就解释了为什么变频器在5:07分出现变频器A4overtemperature报警,但因热量已经在内部累积,无法将这些热量及时散发出去。
(2)变频器通风系统不能满足要求。
现场发现变频器的房间已经形成负压,打开房间的门是十分困难的,需要很大的力气才能打开,测量滤网上的风速,发现最低的地方是1.3米/S,最高的地方是2.3米每秒,可以看出,纠其原因是因为滤网堵塞,造成风速不均匀,并且房间发生负压,产生的热量不能有效的排出变频器柜外,这也是过热的原因之一。
综上,以上两种因素导致变频器内部产生的热量不能及时排除柜外,而在柜内累积。
即使后来风机的速度恢复正常,但由于一直以来变频器的散热已经处于临界状态饱和,内部累积的热量加上后来产生的热量无法及时排除柜外,最终造成变频器过热而损坏功率单元,这就是此次事故的原因。
3.3 对策根据以上的原因,可以采取措施来改善目前的状况:(1)由于目前房间的滤网是固定式的,当滤网发生堵塞的时候,房间的进风量减少,不能满足要求,从而房间负压增大。
建议要将房间进风口的滤网做成可更换式的,准备两套滤网,定期检查,定期清洁,保持清洁就是保持通风良好,保证进风量充足。
(2)变频器的发热量主电路约占98%,控制电路占2%,其散热主要靠柜顶风机风扇散热,将变频器箱体内部热量带走。
如果此风扇电源不稳定,则风扇的风量就会波动,绝对影响变频器的散热。
(3)降低安装环境温度:由于变频器是电子装置,内含电子元、电解电容等,所以温度对其寿命影响比较大。
高压变频器的环境运行温度一般要求-10℃~-50℃,如果能够采取措施尽可能降低变频器运行温度,那么变频器的使用寿命就延长,性能也比较稳定。
4、结语本文通过对高压变频的基本构成及技术应用实践的分析,提出了解决这些问题的实际对策,随着新技术和新理论不断在变频器上的应用,变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。
随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高,满足实际需要的真正“绿色”变频器也会不久面世。
参考文献[1]作者:徐浦荣.高压变频调速技术应用实践.中国电力出版社出版.[2]高压变频器使用手册.。