中压变频器技术交流.pdf

中压变频器技术交流变频器 市场部变频器 市场部变频器、软起动器业务技术支持 李利变频器、软起动器业务技术支持 李利2010年年5月月11号号Schneider Electric2- Division - Name – Date 主要内容?中压变频器发展历程中压变频器发展历程?中压变频器基本结构?中压变频器背景知识—基本元器件?中压变频器基本技术原理?施耐德电气中压变频器技术特点?施耐德电气中压变频器产品系列?施耐德电气中压变频器技术方案?施耐德电气中压变频器节能价值?施耐德电气中压变频器功能特点Schneider Electric3- Division - Name – Date 中压变频器发展历程?中压变频器的发展历程 ?意大利安萨尔多（Aansaldo）（1853—2000） ?美国罗宾康（Robicon）（1853—2000） ?安萨尔多&罗宾康 ANSALDO&ROBICON：安塞罗宾康 ASIROBICON ?安萨尔多、罗宾康（2000—2005） ?施耐德电气收购安萨尔多（2000） ?西门子收购罗宾康（2006） ?施耐德中压变频器发展 ?2000年收购安萨尔多?对中压变频器业务进行了整合 ?3（3.3）/6（6.6）/10KV三种电压等级 ?3KV：315/450/610/920/1200/1400/2100/2800/4200KW ?6KV：：370/450/530/630/760/900/1050/1200/1400/1600/1850/2000/2400 /2800/3500/4160/5500/8300KW ?10KV：500/640/960/1400/1900/2850/3800/4300KWSchneider Electric4- Division - Name – Date 中压变频器发展历程（续）从从从从18531853年－年－年－年－20002000年年年年从从从从20002000年－年－年－年－20052005年年年年从从从从20062006年－今年－今年－今年－今从从从从20002000年年年年 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 今今今今Schneider Electric5- Division - Name – Date 主要内容?中压变频器发展历程?中压变频器基本结构中压变频器基本结构?中压变频器背景知识—基本元器件?中压变频器基本技术原理?施耐德电气中压变频器技术特点?施耐德电气中压变频器产品系列?施耐德电气中压变频器技术方案?施耐德电气中压变频器节能价值?施耐德电气中压变频器功能特点Schneider Electric6- Division - Name – Date 施耐德电气中压变频器结构功率单元功率单元输入移相变压器输入移相变压器控制单元控制单元ATV1100 ６kV变频器ATV1100 ６kV变频器Schneider Electric7- Division - Name – Date 施耐德电气ATV1100 电气原理（６kV变频器）回路方式： 三电平单相变频器回路方式： 三电平单相变频器 4 4 级串联 输出电压级别：级串联 输出电压级别：相当于相当于17电平 电平数量越多，输出电压波形就约接近正弦波电平 电平数量越多，输出电压波形就约接近正弦波输出电压·电流波形输出电压·电流波形：输出电压：输出电流单相3电平变频器部 6000/√√3/４＝４＝866V（相电压）6000V （线间电压）1单元输出矢量三电平单相变频器回路构成三电平单相变频器回路构成Local Controller3Φ AC6000V1700VIGBTM■■1120KVA以下变频单元合二为一。

1120KVA以下变频单元合二为一电平数量越多，输出电压波形就约接近正弦波电平数量越多，输出电压波形就约接近正弦波Schneider Electric8- Division - Name – Date 主要内容?中压变频器发展历程?中压变频器基本结构?中压变频器背景知识中压变频器背景知识—基本元器件基本元器件?中压变频器基本技术原理?施耐德电气中压变频器技术特点?施耐德电气中压变频器产品系列?施耐德电气中压变频器技术方案?施耐德电气中压变频器节能价值?施耐德电气中压变频器功能特点Schneider Electric9- Division - Name – Date 中压变频器背景知识－功率元件种类?中压变频器即将成为大功率负载驱动的主流 ?电力电子技术的飞跃发展促进了中压变频技术的成熟性 ?耐压、载流性能提高；均压均流技术成熟耐压、载流性能提高；均压均流技术成熟 ?IGBT是目前最广泛采用的逆变管快速晶闸管快速晶闸管可关断晶闸管双极性晶体管可关断晶闸管双极性晶体管 8KV/6KA 400HZ6KV/6KA 1KHZ3.3KV/1KA 20KHZ集成门极换向晶闸管 对称门极换向晶闸集成门极换向晶闸管 对称门极换向晶闸管管 4.5KV/3KA 4KHZ6.5KV/3KA 4KHZSchneider Electric10- Division - Name – Date 中压变频器背景知识－功率元件?IGBT（双极性晶体管双极性晶体管）?优点 开关频率高：20KHZ  触发电路简单  触发功耗低?IGCT/SGCT功率元件?优点  耐压等级高（4.5KV）  载流量大（3KA）?缺点 耐压等级低3.3KV  载流量低1KA?缺点  开关频率低（4KHZ）  触发电路复杂  触发功耗高IGBT(300A/1700V)IGBT(300A/1700V)IGCT/SGCTIGCT/SGCT一个一个IGCT/SGCT内部是由上百个小的内部是由上百个小的 IGCT/SGCT元件组成，结构复杂元件组成，结构复杂Schneider Electric11- Division - Name – Date 中压变频器背景知识－IGBT功率元件?8个IGBT驱动电路--48个部件驱动8个IGBTSchneider Electric12- Division - Name – Date 中压变频器背景知识－功率元件介绍单个小IGCT驱动电路--222个部件12个电解电容个电解电容8个场效应晶体管个场效应晶体管单个小SGCT驱动电路--308个部件Schneider Electric13- Division - Name – Date 主要内容?中压变频器发展历程?中压变频器基本结构?中压变频器背景知识—基本元器件?中压变频器基本技术原理中压变频器基本技术原理?施耐德电气中压变频器技术特点?施耐德电气中压变频器产品系列?施耐德电气中压变频器技术方案?施耐德电气中压变频器节能价值?施耐德电气中压变频器功能特点Schneider Electric14- Division - Name – Date 脉宽调制变频—SPWM（sinusoidal pusle witdh modulation）? 变频器的理论基础为变频器的理论基础为“面积等效原理面积等效原理”：冲量（窄脉冲面积）相等而 形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上，其效果基本相同：冲量（窄脉冲面积）相等而 形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上，其效果基本相同 ? 将正弦波看成是n个彼此相连的脉冲波? 用n个等高不等宽的脉冲序列代替正弦波? 脉冲宽度按正弦规律变化 ? 根据“面积等效原理”，SPWM波形与正弦波作用在电动机上等效? 目前应用最为广泛的一种脉冲调制技术Schneider Electric15- Division - Name – Date 中压变频器背景知识－中压变频器电路结构?交－交变频器交－交变频器 ?SCR可控硅直接变流器可控硅直接变流器?交－直－交变频器 ?GTO/SGCT电流源型逆变器 Rockwell AB ?NPC：中性点箝位式（三相三电平）电压源型IGCT逆变器 ABB ?单元串联多电平移相式PWM电压源IGBT型逆变器 功率单元单相2电平技术西门子Robicon 功率单元单相3电平技术施耐德ATV1100Schneider Electric16- Division - Name – Date 可控硅直接变频（交-交变频）快速晶闸管 8KV/6KA开关频率400HZ，比较低当采用6脉波三相桥式电路时输出上限 频率为电网频率的1/3（15-20HZ）快速晶闸管 8KV/6KA开关频率400HZ，比较低当采用6脉波三相桥式电路时输出上限 频率为电网频率的1/3（15-20HZ）?交－交变频器优点交－交变频器优点 ?只有一次变流，效率较高只有一次变流，效率较高 ?可实现四象限运行可实现四象限运行 ?低频输出波形接近正弦波低频输出波形接近正弦波 ?交－交变频器缺点交－交变频器缺点 ?接线复杂，三相桥式至少接线复杂，三相桥式至少36个晶闸管个晶闸管 ?受电网频率和电路脉冲波数的限制，输出 频率较低受电网频率和电路脉冲波数的限制，输出 频率较低 ?输入电流谐波分量大，频谱复杂输入电流谐波分量大，频谱复杂 ?输入功率因数较低输入功率因数较低Schneider Electric17- Division - Name – Date 电流型中压变频器电路结构－Rockwell AB?GTO/SGCT 6KV 电流源型逆变器GTO/SGCT 6KV 电流源型逆变器 ?缺点 ? 输入侧最多为18脉波整流，对电网溃入的高次谐波抑制不够完美 ? 输出2电平模式，电压、电流波形较差 ? 直流环节可反向充电，dv/dt较高，易击穿SGCTSchneider Electric18- Division - Name – Date 电流型中压变频器输出电压、电流波形 －Rockwell ABCurrentVoltageSchneider Electric19- Division - Name – Date NPC中性点钳位式逆变器（三相三电平）中性点钳位式逆变器（三相三电平）ABB?缺点缺点 ? 输入侧最多为输入侧最多为18脉波整流，对电网溃入的高次谐波抑制不够完美脉波整流，对电网溃入的高次谐波抑制不够完美 ? 输出输出3电平模式，电压、电流波形较差，需采用低通滤波器弥补电平模式，电压、电流波形较差，需采用低通滤波器弥补 ? 功率元件功率元件IGCT触发功耗较高，瞬间触发功耗较高，瞬间us可达上千安培可达上千安培 ? 不能直接输出不能直接输出6KV或或10KV电压，需采用输出升压变压器电压，需采用输出升压变压器 第一电平：第一电平：1-2-3-4导通（全电压）导通（全电压） 第二电平：第二电平：2-3-4导通（二分之一全电压）导通（二分之一全电压） 第三电平：第三电平：0（全关）（全关）1234Schneider Electric20- Division - Name – Date NPC逆变器（三相三电平）逆变器（三相三电平）ABB 输出波形输出波形Schneider Electric21- Division - Name – Date 单元串联单元单元串联单元2电平逆变器（电平逆变器（Robicon）西门子）西门子 6KV?缺点：缺点： ?输入侧最多为输入侧最多为30脉波整流脉波整流 ?对电网溃入的高次谐波抑制不够完美对电网溃入的高次谐波抑制不够完美?单元输出单元输出2电平电平 ?输出输出11电平电平 ?总体单元数量较多总体单元数量较多 6KV需需15个个10KV需需24个个可靠性差可靠性差Schneider Electric22- Division - Name – Date 单元串联单元单元串联单元2电平逆变器（电平逆变器（Robicon）西门子 输出电压、电流波形）西门子 输出电压、电流波形Schneider Electric23- Division - Name – Date 施耐德施耐德6KV变频器变频器4单元串联单元串联—单元单元3电平输出技术分析电平输出技术分析三电平单相变频器回路构成三电平单相变频器回路构成回路方式：。