中國(guó)ROHS發(fā)飚 高壓綠色變頻器應(yīng)運(yùn)而生
[導(dǎo)讀]變頻調(diào)速是目前世界公認(rèn)的理想的節(jié)電調(diào)速技術(shù)。然而高壓變頻調(diào)速器卻很少使用。阻礙高壓變頻器推廣應(yīng)用的最大難題，是傳統(tǒng)的高壓變頻器諧波污染大，諧波不僅消耗無(wú)功，增加線損，影響繼電保護(hù)可靠運(yùn)行，使電機(jī)產(chǎn)生附
變頻調(diào)速是目前世界公認(rèn)的理想的節(jié)電調(diào)速技術(shù)。然而高壓變頻調(diào)速器卻很少使用。阻礙高壓變頻器推廣應(yīng)用的最大難題，是傳統(tǒng)的高壓變頻器諧波污染大，諧波不僅消耗無(wú)功，增加線損，影響繼電保護(hù)可靠運(yùn)行，使電機(jī)產(chǎn)生附加力矩及損耗，對(duì)弱電系統(tǒng)進(jìn)行干擾，而且還會(huì)使電網(wǎng)電壓發(fā)生嚴(yán)重畸變，甚至發(fā)生電力系統(tǒng)安全事故。因此，高壓綠色變頻器應(yīng)運(yùn)而生。
諧波污染小，功率因數(shù)高
這種高壓變頻器，它是每相由多個(gè)低壓變頻功率單元相互串聯(lián)，通過疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出。給功率單元供電的二次繞組互相存在一個(gè)相位差，以實(shí)現(xiàn)輸入電壓多重化。以6千伏綠色變頻器為例，每相由5個(gè)額定電壓為690伏的功率單元串聯(lián)，三相共有15個(gè)功率單元，分別由輸入隔離變壓器的15個(gè)二次繞組供電，15個(gè)二次繞組分成5組，每組之間存在12°相位差，形成相當(dāng)于30脈沖整流。由于輸入是30脈沖，所以理論上29次以下的諧波都可以抵消，能夠在各種速度范圍內(nèi)獲得比較滿意的正弦波電壓和正弦波電流，電壓總畸變率只有1.2％，電流總畸變率僅為0.8％，有“完美無(wú)諧波”的美譽(yù)，不必采用輸入濾波器，就能滿足IEEE519-1992的嚴(yán)格要求。
可靠性高，維修方便
功率單元為一三相輸入單相輸出的PWM型變頻器。由二級(jí)管組成三相橋式整流電路，整流后由4只低壓IGBT逆變成單相交流輸出。由于使用常規(guī)的低壓IGBT，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠。這種高壓變頻器，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，所用功率單元完全相同，可以互換，每個(gè)功率單元與系統(tǒng)的聯(lián)系僅為3個(gè)交流輸入端子、2個(gè)交流輸出端子和一個(gè)光纖插頭，單元維修更換十分方便。不僅如此，由于采用功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，還可以采取功率單元旁路技術(shù)和功率單元冗余設(shè)計(jì)。如我國(guó)研制的HVF高壓綠色變頻器，設(shè)計(jì)了熱備份熱插拔保護(hù)和主回路直合保護(hù)。此外，這種變頻器由于有足夠的濾波電容，系統(tǒng)可承受－30％電源電壓下降和5個(gè)周期電源喪失。
損耗小，效率高
由于這種變頻器無(wú)輸出變壓器，也無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償裝置、諧波濾波器等，同時(shí)由于諧波分量很小，由諧波引起電源變壓器到電機(jī)的損耗大為減少，再加上IGBT驅(qū)動(dòng)功率很小，峰值功率為5瓦左右，平均功率不到1瓦，開關(guān)頻率較低，且不必采用均壓電路和吸收電路，使變頻部分效率高達(dá)98％以上，包括輸入隔離變壓器在內(nèi)的整個(gè)變頻系統(tǒng)的效率高達(dá)96％以上。
對(duì)電機(jī)及輸出電纜長(zhǎng)度無(wú)特殊限制
這種變頻器輸出電壓跳變臺(tái)階為單元的直流母線電壓，電壓變化率很小，同時(shí)由于采用移相式PWM，電機(jī)電壓的等效開關(guān)頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加。以6千伏變頻器為例，輸出相電壓為11電平，線電壓為21電平，輸出等效開關(guān)頻率為6千赫。電平數(shù)和等效開關(guān)頻率的增加，大大改善了輸出波形，降低了輸出諧波，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱、噪音、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、共模電壓都大為減少。所以這種變頻器對(duì)電機(jī)無(wú)特殊要求，可直接用于任何普通高壓電機(jī)，且不必降低額定容量使用，對(duì)輸出電纜長(zhǎng)度也沒有特殊限制。
這種高壓變頻器，它是每相由多個(gè)低壓變頻功率單元相互串聯(lián)，通過疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出。給功率單元供電的二次繞組互相存在一個(gè)相位差，以實(shí)現(xiàn)輸入電壓多重化。以6千伏綠色變頻器為例，每相由5個(gè)額定電壓為690伏的功率單元串聯(lián)，三相共有15個(gè)功率單元，分別由輸入隔離變壓器的15個(gè)二次繞組供電，15個(gè)二次繞組分成5組，每組之間存在12°相位差，形成相當(dāng)于30脈沖整流。由于輸入是30脈沖，所以理論上29次以下的諧波都可以抵消，能夠在各種速度范圍內(nèi)獲得比較滿意的正弦波電壓和正弦波電流，電壓總畸變率只有1.2％，電流總畸變率僅為0.8％，有“完美無(wú)諧波”的美譽(yù)，不必采用輸入濾波器，就能滿足IEEE519-1992的嚴(yán)格要求。
可靠性高，維修方便
功率單元為一三相輸入單相輸出的PWM型變頻器。由二級(jí)管組成三相橋式整流電路，整流后由4只低壓IGBT逆變成單相交流輸出。由于使用常規(guī)的低壓IGBT，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠。這種高壓變頻器，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，所用功率單元完全相同，可以互換，每個(gè)功率單元與系統(tǒng)的聯(lián)系僅為3個(gè)交流輸入端子、2個(gè)交流輸出端子和一個(gè)光纖插頭，單元維修更換十分方便。不僅如此，由于采用功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，還可以采取功率單元旁路技術(shù)和功率單元冗余設(shè)計(jì)。如我國(guó)研制的HVF高壓綠色變頻器，設(shè)計(jì)了熱備份熱插拔保護(hù)和主回路直合保護(hù)。此外，這種變頻器由于有足夠的濾波電容，系統(tǒng)可承受－30％電源電壓下降和5個(gè)周期電源喪失。
損耗小，效率高
由于這種變頻器無(wú)輸出變壓器，也無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償裝置、諧波濾波器等，同時(shí)由于諧波分量很小，由諧波引起電源變壓器到電機(jī)的損耗大為減少，再加上IGBT驅(qū)動(dòng)功率很小，峰值功率為5瓦左右，平均功率不到1瓦，開關(guān)頻率較低，且不必采用均壓電路和吸收電路，使變頻部分效率高達(dá)98％以上，包括輸入隔離變壓器在內(nèi)的整個(gè)變頻系統(tǒng)的效率高達(dá)96％以上。
對(duì)電機(jī)及輸出電纜長(zhǎng)度無(wú)特殊限制
這種變頻器輸出電壓跳變臺(tái)階為單元的直流母線電壓，電壓變化率很小，同時(shí)由于采用移相式PWM，電機(jī)電壓的等效開關(guān)頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加。以6千伏變頻器為例，輸出相電壓為11電平，線電壓為21電平，輸出等效開關(guān)頻率為6千赫。電平數(shù)和等效開關(guān)頻率的增加，大大改善了輸出波形，降低了輸出諧波，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱、噪音、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、共模電壓都大為減少。所以這種變頻器對(duì)電機(jī)無(wú)特殊要求，可直接用于任何普通高壓電機(jī)，且不必降低額定容量使用，對(duì)輸出電纜長(zhǎng)度也沒有特殊限制。
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