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工程设计中应用高压变频器要特别关注的问题

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来源: 作者: 2018-10-20 13:52:43

工程设计中应用高压变频器要特别关注的问题

导读:

功率大、电压高给变频器的构造带来了许多困难问题。由于功率大,一定是企业生产中的主要设备,其调速性能可能对产品质量或生产率有很大的影响,即使为节能而调速,也应有故障应急措施,暂不节能也要保证生产不中断。

1 引言  这个问题的复杂性有如下几个方面:  1.1功率范围广  高压电动机功率从中功率(几百kw)、大功率(1mw左右到几mw),直到特大功率(10mw及以上),在中功率时,可以考虑采用低压供电的可能性,这要经过技术经济比较后决定。功率大、电压高给变频器的构造带来了许多困难问题。由于功率大,一定是企业生产中的主要设备,其调速性能可能对产品质量或生产率有很大的影响,即使为节能而调速,也应有故障应急措施,暂不节能也要保证生产不中断。  1.2电压高  电机电压为6~10kv时,单个电力电子器件的各种耐受电压性能大都不够,如果采用多个器件直接串联,则各器件之间的均压特别是动态均压就成为关键,既要可靠,又要容易实施,这是不容易的,因而出现了许多其它的应对方案。  1.3对电的反作用不可忽视  多数变频器会对电输送谐波和消耗无功功率,因为功率大,可能问题就严重而不得不在变频器的输入部件上采取措施,此外有些生产机械自己产生能量,如矿井提升机的重物下放,要求传动系统能4象限运行,将位能或动能变成电能返回电,这又增加了变频器输入部的拓朴结构方案。  1.4对电动机的不良影响应重视  电动机电压高,例如6kv是400v的15倍,对电机的绝缘强度要求很高,特别是电压上升率dv/dt,使电机的匝间绝缘和线卷间绝缘承受很大应力,除了加强电机的绝缘外,就得设法降低变频器输出电压的dv/dt。此外变频器的输出谐波还可能使电机及机械产生轴电流、噪音、振动与扭转振荡,为此应尽可能消除上述各种不良影响,这样在变频器的输出部逆变器也有了许多拓朴方案。  1.5分析问题的路径  综上所述,变频器的输入部有多种整流方案,有时还需要将电能返馈回电侧的逆变方案。变频器在输出部有多种将直流逆变成变压变频交流的方案,将输入部与输出部组合起来,方案就更多了。对于问题的分析,设计者宜紧密围绕两个目标去选择和考虑。即:  (1) 传动系统的机械特性、可靠性和可用性一定要满足生产工艺;  (2) 尽量减少对电的不良影响,尽量减少对电动机的不良影响,使整体上(包括电、电动机和变频器自身)在技术经济上有一个最佳方案。  因此为了便于讨论,我们将高压变频器本体拆开分成三部分分别加以讨论:输入部、中间部和输出部,然后组合成变流系统后,再对整体传动系统的性能进行讨论。在讨论变频器的输入、中间和输出三个分部之前,有必要对变频器传动系统整体的构成、性能及其分类先作一些介绍。2 变频器的分类及性能简介  2.1 交-交变频器和交-直-变频器  这是国内的通用名称,iec标准及相应转化过来的gb则称交-交变频器为直接变流器,称交-直-交变频器为间接变流器。  (1) 交-交变频器  由于可以经济地应用国产的耐压高、电流大的晶闸管,因而在大功率和超大功率方面有优势,因为交-交变频器的输入侧有低的功率因数,不仅有一般整流电路中的特征谐波,而且有非特征谐波(与输出频率有关),谐波频谱复杂,可是它又是大功率装置,非治理谐波不行,因而总的投资相对并不低,占地面积也大,谐波治理困难,因而应用范围受到限制。  (2) 交-直-交变频器  市面上见到的大都是这种类型的,由于变频器输入侧的整流器(有时也需要将直流反馈到交流电的逆变功能)和输出侧的逆变器是独立的两个部件,因而分别降低输入部对电的不良影响和降低输出部对电动机的不良影响相对地比较容易,事实上已取得一定的进展,例如输入侧用pwm调制方式,输出侧用多电平方式等等,预计今后还会有新的进展出现。

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