高压变频器工作原理

学号：********

东营科技职业学院毕业论文（设计）

变频器的工作原理及应用

陈尧

机电工程系： 荣红梅

机电工程系

专业名称： 电气自动化

论文提交日期：2015.3.31

论文答辩日期：2014.4.12

论文评阅人：

东 营 科 技 职 业 学 院

毕 业 设 计（论 文）任 务 书

机电工程系院（系）2012级电气自动化专业 姓名 陈尧

题目：变频器的工作原理及应用

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

1．设计(论文)课题要求：本论文要求广泛搜集相关研究资料，并进行深入对比分析。在撰写毕业论文有一定的学术性，一定的创见性，具有科学性，做到观点正确、论据充分、推理严密；层次分明、条理清楚、语言简练。论文主要在以下几个方面展开论述：

(1)根据变频器工作原理及应用的要求，初步拟定变频器的工作原理、控制线路、实际应用、检测维修方案等，针对变频器工作原理图进行总体设计。

(2)按照模块化的设计方法，将变频器的工作原理分为变频器的功能作用、变频器的基本组成、给定方式、控制方式四个部分，分别对各个结构的关键部件进行分析，针对变频器工作原理及运用进行总体论述。

2．文献查阅要求： 在查阅相关参考文献时，首先要分析研究课题，明确查阅要求，其次选择合适的检索工具和检索方法；利用检索工具查找文献线索，了解馆藏情况，获取原始文献；最终要把检索到文献认真地加以筛选、消化和吸收，变为可用的活资料。

完成期限：自2015年3月31日至2015年4月12日

指导教师：荣红梅 教研室主任：

系主任: 张震 2015年4月 12日

摘 要

随着现代科学技术的飞速发展，变频器的使用越来越广泛，不管是在工业设备还是家用电器设备都会用到变频器，普通的三相异步电动机，加装变频器可实现调速功能。从而达到节能和保护机械设备的作用。

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： (1) 电流源型。

高压变频器工作原理

摘 要：近几年来乌鲁木齐市经济快速发展，城市化进程加快，居民住房面积不断增长，随之而来的是供热面积的不断增加。我单位作为本市主要的供暖企业之一，面对不断增长的供热面积，也在不断进行技术改造，提升自身供热能力。现就对我单位高压循环泵电机使用的高压变频器的工作原理做一介绍。

关键词：移相变压器；功率单元；控制器

1.概述

高压变频调速系统，主要应用于风机、泵类等通过调速控制大量节能的场合。具有：

（1）高可靠性：采用高—高电压源型变频调速系统，直接高压输入，直接高压输出，无需输出变压器。

（2）高质量的功率输入、输出：输入功率因数高，输入谐波少，无需功率因数补偿/谐波抑制装置。

（3）完善、简易的功能参数设定：完整的通用参数设定功能（频率给定、运行方式设定、控制方式、自动调度等）。

2.工作原理

高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：n=（1一s）60f/p=n。×（1一s）（P：电机极对数；f：电机运行频率；s：滑差）从式中看出， 电机的同步转速n。正比于电机的运行频率（n。=60f/p），由于滑差s一般情况下比较小（0～0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n。所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。

变频器本身由变压器柜、功率柜、控制柜三部分组成。三相高压电经高压开关柜进入，经输入降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电，功率单元分为三组，一组为一相，每相的功率单元的输出首尾相串。主控制柜中的控制单元通过光纤对功率柜中的每一功率单元进行整流、逆变控制与检测，这样根据实际需要通过操作界面进行频率的给定，控制单元把控制信息发送到功率单元进行相应的整流、逆变调整，输出满足负荷需求的电压等级。

高压变频器系统原理

作者：260g 文章来源：网上收集 点击数：418 更新时间：2007-7-11 【文章收藏】中国技术资料网

HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，直接3、6、10KV输入，直接3、6、10KV高压输出。变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。

系统结构

功率模块结构 功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到单相交流输出。

每个功率模块结构及电气性能上完全一致，可以互换。（备件种类单一）

[功率单元电路结构>

输入侧结构

输入侧由移相变压器给每个功率模块供电，移相变压器的副边绕组分为三组，根据电压等级和模块串联级数，一般由24、30、42、48脉冲系列等构成多级相叠加的整流方式，可以大大改善网侧的电流波形（网侧电压电流谐波指标满足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求）。使其负载下的网侧功率因数接近1，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。

输出侧结构

5级叠加的输出侧PWM 波形

输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，对电缆和电机的绝缘无损坏，无须输出滤波器，就可以延长输出电缆长度，可直接用于普通电机。同时，电机的谐波损耗大大减少，消除负载机械轴承和叶片的振动。

当某一个功率模块出现故障时，通过控制使输出端子短路，可将此单元旁路退出系统，变频器可降额机械运行；由此可避免很多场合下停机造成的损失。

控制器

控制器由高速单片机处理器、人机操作界面和PLC共同构成。其中人机操作界面有三种配置：工控PC机界面、嵌入式工控机界面、标准操作面板界面，用户可根据需要进行选择。单片机实现PWM控制。人机操作界面解决高压变频调速系统本身和用户现场接口的问题，提供友好的全中文监控界面，使用方便、快捷，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。