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高压变频器基本知识培训课件

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  • 上传时间:2018-07-21
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    • 1、高压变频器基本知识全有文档 一电机调速的原理 根据电机的转速特性n=60f(1-s)/p可 以得出,改变电机的转速,基本上有三个 方法:改变频率,改变转差率或改变磁极 对数。转差率是电动机的定子磁场转速与 转子转速的差与定子磁场的转速的比值 对于通用的调速方式,可以分为以下几种 : 从节能角度通常分为高效调速和低效调速 。高效调速是指基本上不增加转差率损耗 的调速方式,在调节电机转速时,转差率 基本不变,不增加转差损失,或将转差功 率以电能的形式回馈到电网或以机械能形 式回馈机轴;低效调速则存在附加的转差 损失,在相同调速工况下,低效调速的节 能效果不如高效调速。 常用的有以下几种调速方式: 1变极调速:通过改变定子绕组的极对数来改变旋转 磁场同步转速进行调速的,是无附加转差损耗的高效调 速方式。极对数P为1,2,3.等。如f=50HZ时,P=1则 n=3000转/分.改变极对数用改变定子绕组的接线方式来 完成。这种改变极对数来调速的鼠笼型电动机常称为多 速感应电动机或变极感应电动机。 优点:运行可靠,效率高,控制线路简单,容易维护, 对电网无干扰,初始投资低。 缺点:因为P为整数,调

      2、速不连续,抑制了它的适用范 围。适用于固定调速变化的场合。一般情况下,为了弥 补有极调速的缺陷,与定子调压调速或电磁耦合器调速 配合适用。 2串级调速:在绕线型感应电动机的转子电路中 串入一个与转子电动势相反的附加电动势,用以 减小转子电流,降低转子的转矩,从而达到调速 的目的。这时,转子电路内不再串入外接附加电 阻,产生转差损耗,而是将转子的转差功率回馈 到电网上或机轴上,是一种高效调速方式。(将 转子上移出的电转差功率通过整流,逆变送回到 电网,这样相当于改变了转子内阻,从而改变了 电动机的滑差。 因为转子的电压和电网的电压不 同,所以向电网逆变需要一个附加的变压器,如 果变压器在电机的外部,属于传统的串级调速, 一般采用内馈电机的方式,即在定子上另做一个 三相辅助绕组,辅助绕组也参与做功,这样,主 绕组从电网上吸收的能量将会降低,从而达到调 速节能的目的,这种调速称为内馈调速。) 一般内馈调速是通过移相触发控制(移相内馈), 有源逆变器通过改变逆变角控制电转差功率 ,并人为产 生无功功率,抗干扰性差,逆变器电流等于转子电流, 换向重叠角大。增加换向难度。逆变器易发生颠覆故障 。

      3、另外一种为斩波内馈方式,可以改变 移相内馈的缺点 ,因为斩波控制时,逆变角固定在最小值不变。提高了 系统功率因数,减小逆变的电压波形畸变和逆变电流的 谐波幅值,使系统的谐波电流小于5%。 内馈调速和串级调速都属于转子电磁功率控制的调速 ,就是通过改变转子电磁功率来实现的。 优点:调速效率高,可实现无级调速,初始投资不 大。 缺点:对电网干扰大,调速范围窄,功率因数比较低, 必须是绕线转子等,与转子串电阻相比,主要是其效率 优势,串级调速系统的总效率一般在80%左右。 3电磁离合器调速:电磁转差离合器由主动部 分电枢和从动部分感应子组成,其调速功能是 通过调节感应子励磁电流的大小改变气隙磁感 应强度,从而改变感应子从动轴的电磁转矩来 实现调速。因此,在某一恒定转矩下,励磁电 流发生变化时,转速发生变化,调速范围小, 非线性严重,励磁电流的损失都转化为热能耗 ,属于低效调速方式,一般用于低压电机,功 率不大的场合。 电磁滑差离合器:除了内部作用机理与液力 耦合器有所区别以外,调速的原理完全相同, 同样是损耗功率控制调速。调速所产生的损耗 功率以热能形式消耗在滑差离合器内部,效率 特性与液力

      4、耦合器一致 4液力耦合器调速:液力耦合器是一种利用液体介质传 递转速的机械设备,通过连续改变液体的压力来进行调速 。压力越大,输出转速越高。这是高压电机领域中最传统 的调速方式,但这种方式能耗大,效率低。原因是存在严 重的耦合损失和转差损失。耦合损失是由于液压油内摩擦 造成的,转差损失是由于调速时输出轴和输入轴存在转差 造成的。这种损失随转差的增加而上升,即效率=1-S, 其中S为转差率,这两部分都转为热量消失。另外,受执 行机构和液压机构限制,调速精度差,同时还存在严重的 非线性,只在15%-85%之间调节线性区,但仍存在增速 与减速间逆差间隙,造成自动系统很难投入运行。并且需 要一整套油系统,维护工作量大。对于风机泵类负载,由 于负载转矩按转速平方率变化,原传动输入功率则按转速 的平方率降低,损耗功率相对小一些,但输出功率是按转 速的立方率减小,调速效率仍然很低。液力耦合器的调速 效平均效率在50%左右。 5变频调速:通过改变电动机的定子供 电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速 的。是无附加转差损耗的高效调速方式。 通常我们所说的60f/p,变频调速系统的关 键装置是频率变换器即变

      5、频器。 优点:调速效率高,启动能耗低,调速范 围宽,可实现无级调速,动态响应速度快 ,调速精度高,操作简便,易于实现生产 工艺控制自动化 。 由于对异步电动机进行调速控制时希 望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通 太弱,铁心利用不充分,同样的转速电流 下,电磁转矩小,电机负载能力下降;磁 通太强,则处于过励磁状态,励磁电流过 大,使电动机过热,负载能力下降。为了 保持电动机的负载能力,应保持气隙主磁 通不变,就要求降低供电频率的同时降低 感应电动势,保持电动势与频率之比为常 数进行控制,我们所用的即为V/F控制方 式。 二.高压变频器概述 常见的高压变频类型根据结构可分为高 -高型和高-低-高型,根据功率单元结构分 可分为单元串联多电平型和三电平型,根 据滤波方式,可以分为电流型和电压型, 。按照电压等级可以分为6KV和10KV系 列。 2.1 高-低-高型变频器: 就是通过输入降压变压器将输入电压 降低,然后通过变频器实现调速功能,再 通过升压变压器使输出提高到较高的电压 等级,以满足电动机的电压要求。实质为 低压变频,从电网和电机两侧来看为高压 。因为存在低压环节,电流大,结构复杂

      6、 ,效率低,可靠性差,其谐波较大,随着 真正的高压变频器的技术发展,这种方式 逐渐被淘汰。2.2三电平型 三电平型是一种直接采用高压IGBT或IGCT功率器件的高 压变频器,它采用传统的交-直-交变频器结构,整流部分 采用12脉冲或24脉冲三相整流器,逆变部分采用三电平 PWM逆变器, 三电平方式运行功率因数高,响应速度快 ,由于采用了耐压较高的开关器件,数量少,使造价成本 降低,柜体尺寸小,可靠性好。与普通的二电平PWM变频 器相比,由于输出线路电平数由2个增加到3个,每个电平 幅值相对较低,由整个直流母线电压降低为一半的直流母 线电压,输出的dv/dt也相应的下降;在同等开关频率的前 提下,采用三电平结构还可使输出波形质量有较大的改善 。但是,从元件不串联原则出发,目前三电平方式不能直 接输出6000V电压,以高压IGBT或IGCT为例,目前使用 的电压等级最高的为6500V,输出交流电压为4.16KV。初 期使用时,由于输出电压与电机工作电压不直接匹配,对 6KV来讲,须将高压电机星形接法该为三角形接法,当变 频出故障时,得改回去工频运行。目前方法是在输出端加 一个自耦升压变压器

      7、,才可直接用于6KV,10KV系列。 2.3高-高型变频器 我们所用的变频器结构即为高-高型变频 器,下面介绍一下基本原理 三风光高压变频器的原理及结构 我们公司高压变频器分为6KV系列和 10KV系列,3KV系列的也有。高压变频 器的拖动对象鼠笼式三相异步电机,负载 多为风机,水泵类,节能效果比较明显。 我们高压变频器采用高-高型模式,每相 采用低压功率单元串接组成,由一个多绕组 的移相隔离变压器供电,通过高速微处理 器来实现对变频器控制。 从结构来看,变频器的柜体可以分为控制 柜,功率单元柜,变压器柜和旁路柜。 1.控制柜 控制柜作用主要是实现变频器的各种控制 功能,提供给功率单元柜的电源及控制信 号,在变频器发生故障时,停机保护。 控制柜的主要器件为主控板,PLC,UPS 纯在线式电源及人机界面。 1.1主控板采用高速单片机,完成对电机 控制的所有功能,采用正弦波载波移相方 式产生脉宽调制的三相电压指令。通过 RS485通讯口与人机界面进行交换数据, 提供变频器的状态参数,并接受人机界面 的参数设置。 1.2UPS(不间断电源):主要是在当外部 控制电掉电时,UPS给控制电路提供

      8、电源 ,使变压器的自带的一组220V控制电源 能够在允许的时间内切换过来,使变频器 正常运行。相当于一个后备电源。 如果没有UPS,控制电掉电后,功率单 元中IGBT模块开关状态紊乱,瞬时电压 过大,使变频器损坏。如IGBT模块上下 桥臂直通,击穿模块。 1.3PLC(可编程逻辑控制器):PLC体积 小,功能强大,用于变频器内部开关信号 以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理 ,增强了变频器现场应用的灵活性。PLC 有处理4路模拟量输入和1路模拟量输出的 能力,模拟量输入用于处理来自现场的流 量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置 信号;模拟输出量是频率给定信号。对开 关量不能满足要求时,可以用开关量扩展 模块来实现。 1.4人机界面:为用户提供友好的全中文操作界 面,负责信息处理和与外部的通讯联系,可选 上位监控而实现变频器的网络化控制。通过工 控机接口板和PLC采集的数据,计算出电流、 电压、功率、运行频率等运行参数,提供记录 功能,并实现对电机的过载、过流进行报警和 保护。通过RS485通讯口与主控板和PLC连接 ,实时监控变频器系统的状态. 具有故障显示及记录功能,使操作人员随时

      9、可以观察到变频器的运行情况。操作简单,灵 活。 控制方式:远程控制,本地控制 操作方式;远程操作,就地操作,人机界 面操作 2.功率单元柜 变频器实现变频的关键的部分。分为三相, 每相功率单元的输出相串联。功率单元数根据 电压等级和功率大小来决定。6KV系列的高压变 频器,对于小功率的(小于800KW),每相6个 单元,共18个单元;对于800KW以上的变频器 ,为了避免功率单元的重量过重,我们采用每 相8个单元,共24个单元的结构(用户现场不要 求变频器的大小的情况下,对于大功率的变频 器,推荐使用24个单元的结构),10KV系列的 高压变频器,一般采用每相10个单元,共30个 功率单元的结构;对于大功率(超过2000KW) ,则采用每相13个单元,共39个单元的结构。 说明:10KV系列结构改进后,备用功率 单元为1个。 每个功率单元承受全部的电机电流、 1/N的相电压、1/3N的输出功率。N代表 每相功率单元的个数。 功率单元的主电路结构如下: 1、典型的三相输入单相输出电路; 2、具有单元旁路功能。单元发生故障时通过旁 路闭合来自动旁路输出; 3、在电解电容上当进行处理,提高电解电容寿 命; 电解电容的容量比低压变频器要大,因为单元 为单相输出,全靠电解电容来进行无功电流的 交换,而低压变频则是三相输出,无功可以相 互抵消。设计时一般按1A=90UF计算。 3 变压器柜 主要为移相干式变压器。给功率单元的工作 提供独立的三相输入电压,功率单元之间及变 压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组为多个 相互绝缘的绕组,全采用星形绕法,绕组分成 三个相位组相位差为10,形成了36脉冲整流电 路结构。可以不加任何谐波滤波器就能满足总 输入电流谐波小于5%的要求。输出采用载波移 相脉宽调制技术,总输出电压谐波小于5%。输 入输出谐波均能满足国家标准GB/T1454993 的要求,噪音低,温升低,不会引起电机的转 矩脉动,对电机

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