6kv高压变频调速技术介绍,高压变频器工作原理及应用分析

图片 1方法一:

朝气蓬勃.市集意思国内电业贰零零壹年初发电信办事处装机容积达到4.4亿kW,年发电量达到了218700亿kWh。平均一年一度15%的增长速度,知足不断社会日益增进的电力必要。一而再一而再七年的“电荒”,已让国民经济碰到了黄金时代万亿元的庞大损失。一方面电力须求不足,另一面国内低功效、高电耗的工业道具和村办设施还在急速进步,单位GDP生产总量消耗的电能为发达国家的3-5倍。同国际进步品质的差异仍在袭承拉大。方今,环球正在为财富贫乏而麻烦,国内的资源时势更为严苛。在这里样的背景下,国家揭橥了《节约能源法》,并号令各级政党、工厂和矿山集团为建设能源节约型社会而用尽全力。推动社会内地点的细心改换,是当前珍视职业之生机勃勃。节约财富改动有各个差别的上边,如加强修旧起废、利用可再生能源、禁止使用功耗设备等,不过,通过对拖动风机、真空泵、空压机的高电压大功率外燃机变频调速情势来促成节约,无疑是潜能十分大的简政放权措施。风机和水泵在国民经济各单位的数目众多,布满面极广,功耗量庞大。据有关部门的总计,全国风机、转子泵电机装机总体积约35000MW,功耗量大抵攻克全国电力消耗总的数量的十分之六左右。近期,风机和水泵大比比较多还采纳定速运营的主意,利用阀门或挡板的节流举办调护治疗,假使使用调速节约财富,据估计可达300~500亿kWh/年,相当于6~十二个装{TodayHot}机体积为1000MW级的重型火力发电厂的年发电信分局量。风机、计量泵类负载八成的功耗集中在高压大功率外燃机上,功率许多集中在300-5000KW之间,布满在各大电厂、自来水厂、钢厂、石油化学工业业公司业,举办节约财富改动易于操作;经过最先的论据和抉择,退换后节约能源平时在百分之二十-伍分叁里头。3250kW/6kV是现今作者小卖部临盆的极大功率的高压变频调速系统,也是眼前进口高压交-直-交电压源型变频调速系统到达的超大功率,其额定输出电流到达400A。3250kW/6kV高压变频调速系统的支出成功,进一层知足了市道对大容积高格调高压变频调速系统的急需,标识着自己小卖部高压大功率变频器技术又迈上了三个新的阶梯。上边就其系统原理、成效特色、应用范围、优化规划、工夫参数等方面张开详尽阐释。二.系统原理HAPRADOSVERT-A系列高压变频调速系统利用直接“高-高”调换样式,为单元串联多电平拓扑结构,主体布局由多组功率模块串联而成,进而由各组低压叠合而发出须求的高压输出,它对电力网谐波污染小,输入电流谐波畸变小于4%,电力网输入电压谐波畸变小于2%,直接知足IEEE519-一九九一的谐波制止规范,输入功率因数高,不必采取输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好,输出电流谐波畸变小于2%,不设有谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等主题素材,不必加输出滤波器,就足以采取普通的异步电机。3250kW/6KV高压变频系统共有17个功率单元,每5个功率单元串连构成一相,其系统结构如下图,此中为高压按键;为干式移相隔绝变压器;为发动机;为功率单元;为主要调整箱;人机接口;为可编制程序序调控制器;为电流霍尔;为电压检查评定。

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电机是工业生产中要害的耗能设备,高压大功率外燃机的运用特别优良,而那几个设施当先三分之二都设有超级大的节约财富潜质。所以大力发展高压大功率变频调速技巧具有时代的须要性和急切性。
近期,随着今世电力电子才具和微电子本事的迅猛发展,高压大功率变频调速装置不断地早熟起来,原本平素难于消除的高压难题,近期通过器件串联或单元串联获得了很好的消除。其应用领域和范围也越加为广范,那为工厂和矿山集团便捷、合理地采用财富提供了技巧先决条件。
2.三种常用高压变频器的主电路解析 单元串联多种化电压源型高压变频器
单元串联多种化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联,弥补功率器件IGBT的耐压才具的贫乏。所谓多种化,正是每相由多少个低压功率单元串联组成,各功率单元由多个多绕组的移相隔断变压器供电,用高速微电脑实现调控和以光纤隔开分离驱动。但其设有以下短处:
a卡塔尔国使用的功率单元及功率器件数量太多,6kV系统要运用1四十多只功率器件(86头三极管,伍拾陆只IGBT卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,装置的体量太大,重量大,安装地方和基本建设投资成难题;
b卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎所需高压电线太多,系统的内阻无形中增大,接线太多,故障点相应的加码;
c卡塔尔叁个单元损坏时,单元可旁路,但那时出口电压不平衡中央点的电压是变化的,形成都电子通信工程高校压、电流不平衡,进而谐波也相应的增大,勉强运维时究竟会招致发动机的损坏;
d卡塔尔国输出电压波形在额定负载前卫好,低于25Hz之下畸变卓绝;
d卡塔 尔(英语:State of Qatar)输出电压波形在额定负载风尚好,低于25Hz之下畸变优质;
e卡塔尔由于系统中留存着变压器,系统功能再增高不轻便达成;移相变压器中,6kV三相6绕组×3(10kV时需12绕组×3卡塔尔国延边三角接法,在三相电压不平衡(实际上三相电压是不容许相对平衡的卡塔尔国时,发生的内部环流,必定会将唤起内阻的充实和电流的消耗,也呼应的就导致了变压器的铜损增大。那个时候,再增多变压器的铁芯的原始损耗,变压器的频率就能够骤降,也就影响了全部高压变频器的功能。这种景况在越低于额定负荷运转时,越是显明。10kV时,变压器有近400个清楚、近百根电线。在额定负荷时间效益能可达96%,但在轻负荷时,功效低于十分之八.
中性点钳位三电平PWM变频器
该连串变频器采纳守旧的电压型变频器结构。中性点钳位三电平PWM变频器的逆变部分接受守旧的三电平格局,所以输出波形中会不可制止地发生相当的大的谐波分量,那是三电平逆变方式所固有的。因而在变频器的出口侧必需布署输出LC滤波器本领用于普通的鼠笼型电机。相近由于谐波的原故,电动机的功率因数和功能、以致寿命都会遇到鲜明的震慑,独有在额定工况点本领完结最好的办事状态,但随着转会的下跌,功率因数和功用都会相应狂跌。
多电平+多种化高压变频器。多电平+多种化高压变频器的本心是想缓慢解决高压IGBT的耐压有限的标题,但此种方式,不止扩大了系统的纷纷,况且下跌了多种化冗余品质好和三电平结构轻便的独特的地方。因而此类变频器实际上并不可取。
此类型变频器的属性价格优势并一点都不大,与其同一时候选择多电平和多种化三种手艺,还不比应用前面提到的高压IGBT的多种化变频器可能三电平变频器。
电流源型高压变频器
功率器件直接串联的电流源型高压变频器是在路径中串联合国大会电感,再将SC本田CR-V(或GTO、SGCT等卡塔 尔(英语:State of Qatar)开关速度超级慢的功率器件直接串联而重新整合的。
这种方式即便使用功率器件少、易于调整电流,不过从未真正消除高压功率器件的串联难题。因为就是功率器件现身故障,由于大电子感应的限流功效,di/dt受到约束,功率器件虽不易损坏,但带给的标题是对电力网污染严重、功率因数低。况且电流源型高压变频器对电力网电压及电机负载的变化灵敏,不能够做成真正的通用型成品。
电流源型高压变频器是最初的付加物,但凡是电压型变频器达到的地点,它都被迫退出,因为在经济上、本事上,它皆综上可得处于劣势。

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功率单元各个功率单元分别由输入变压器的生龙活虎组副边供电,功率单元之间及变压器二遍绕组之间相互绝缘,一次绕组接纳延边三角形接法,完成多种化,以高达减少输入谐波电流的指标。各类功率单元结构上完全生龙活虎致,可以沟通,其电路结构图如下,系统为基本的单相逆变电路,整流侧为二极管三相全桥,IGBT逆变桥的{HotTag}调节方法为PWM调整,何况有机动单元旁路效应。功率单元内器件担当的较高电压为单元内直流闪电娘娘线的电压,能够向来使用低压功率器件,器件不必串联,不设有器件串联引起的均压难点,并且功率单元中利用的低压IGBT功率模块,驱动电路简单,工夫成熟笃定,器件职业在低压状态,不易发生故障。单元旁路效力:当某些功率模块发生故障时自动旁路运行,变频装置不停机,但需降额使用,即在每一种功率单元输出端之间并联旁路电路,当功率单元故障时,封锁该功率单元IGBT的触发时限信号,然后让旁路SC酷威导通,保障电机电流能经过,仍形成通路。那样能保全生产必要,大大升高了系统运作的可信性。三.HA奔驰M级SVERT-A连串高压变频调速系统个性特点Ø变频器为高-高结构,6kV直接出口,不需出口升压变压器,输出为单元串联移相式PWM形式;Ø系统一整合体规划,包蕴输入干式隔开变压器,变频器等具有零器件及中间连线,顾客只须连接高压输入、高压输出、低压调节电源和垄断时限信号线就可以。整套系统在出厂前行行总体育项目检查评定试;Ø30脉冲输入切合併优于IEEE519~1994及GB/T14549~93正经对电压失真和电流失真较严谨的渴求;Ø在20~百分之百的负载变化情形内到达或超过0.95的功率因数,并且电流谐波少,无须功率因数补偿/谐波禁止装置;Ø无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形,对电机未有极其的渴求,能够利用普通异步电机,电机不必降额使用。具有软起动功效,未有电机运营冲击引起的电力网电压下降,可保障电机安全、长时间运维;Ø变频装置输出波形不会挑起电机的谐振,转矩脉动小于0.1%。可防止风机喘振现象。变频器有共振点频率跳跃效用;Ø变频装置对出口电缆无特殊须求,电机不会遭受共模电压和dv/dt的震慑;Ø变频器可在出口不带电机的情况下开展空载调节和测量试验,也可在还未6kV高压状态下用低压电实行空载调节和测量检验;Ø调控连串使用全体字微计算机调整,有很强的自确诊功效,能对所发生的故障类型及故障地方提供普通话提示,能在就地突显并远方报告急察方,便于运转人士和检查和修理职员能鉴定识别和解决所现身的标题;Ø具有就地监控措施和国外监察和控制措施。在就地监察和控制措施下,通过变频器上的触摸屏突显,可进展当庭人工运转、甘休变频器,可以调动转速、频率;就地调整窗口选用中文操作分界面,功用设定、参数设定等均运用中文。卖方提供的变频装置支撑软件为汉化的较新的正版软件;Ø变频器高压主回路与调控器之间为光纤连接,具有极高的通讯速率和抗苦闷本领,安全性好;Ø转矩天性:0~50Hz恒转矩个性,额定转矩输出,转矩阶跃响应<200ms。50Hz以上恒功率个性,一点都不小转矩与转向成反比下落;Ø输出频率0-60Hz(依据电机意况可设定);Ø变频器抗地震技术为7级,振动0.5G;Ø临界速度可跳过(共2组,可放肆设定);Ø安装、设定、调节和测量试验简便;Ø功率电路模块化设计,维护轻松;Ø完整的故障监测电路、准确的故障报告急方爱慕;Ø自带冷却风机,风机电源与调控电源分开取电,电源取自输入侧变压器;Ø内置PLC,易于变动调控逻辑关系,适应变成的现场索要;Ø可灵活接收现场决定/远程序调控制;Ø可承当和输出0~10V/4~20mA工业规范功率信号;Ø可依据客商须要停放PID调解器;Ø完整的通用变频器参数设定功效;Ø优秀的个性/价格比;Ø自备UPS,可保险30分钟。Ø旋转再起步效用Ø单个功率单元故障时,输出电压仍可高达93%之上,在大部气象下不影响负载的运营。四.镇压变频调速系统的施用范围火力发电:引风机、送风机、吸尘风机、凝结泵、计量泵、锅炉给磁力泵等;冶金:引风机、除尘风机、通风机、泥浆泵、除垢泵等;石油化工:老总道泵、注油泵、循环水泵、锅炉给磁力泵、电潜泵、卤消防泵、引风机、除垢泵等;市政供水:齿轮自吸泵等;废水管理:污消防泵、净化泵、清水泵等;水泥创设:窑炉引风机、压力送风机、冷凝器吸尘风机、生料碾粉碎机、窑炉供应煤气风机、冷凝器排风机、分选器风机、主吸尘风机等;造纸:打浆机等;制药:洗刷泵等;其余:风洞试验等。五.3250kW/6kV高压变频调速系统的优化规划3250kW/6kV高压变频调速系统关键由调节柜、功率柜、变压器柜三超过四分之二组成,其各样部分不唯有继承了原先产品的帮助和益处,并且在付加物外观、可信性、模块设计、散热设计等各个区域面都作了无数的精雕细刻,具备局部新的脾气,如下所示。1.3250kW/6kV与2500kW/6kV高压变频调速系统的功率柜部分尺寸完全雷同,这样就一定于把2500kW/6kV高压变频调速系统一整合流逆变部分的功率密度增加了三分一。大家因而在安排上选择新的散热器(与2500kW/6kV使用的散热器外形尺寸相似,散热面积增大风华正茂倍卡塔 尔(阿拉伯语:قطر‎,新型号的电解电容,IGBT等,成功的解决了电解电容的体积和功率模块的发热等少年老成多元的题目,大大提升了系统的功率密度,减小了设备的体量,为变频器的现场接纳提供了有益。2.系统总体接收新的拼装机柜。拼装机柜不独有外观上越来越美观妙,何况进步了机柜的强度,门与柜体间安装了新的压条式密闭条,加强了门的密封质量,升高了系统的防止等第。大家透过将变压器柜底座密封,在变压器柜柜门上加装通风滤网,设计标准的散热风道等,使系统的警务器具等第从IP20增高到IP31,通过非正规设计,还足以直达IP42。3.系统安装了更进一层本人的人机分界面,并选用了低耗能、可信赖性高的嵌入式人机分界面。新的人机分界面集成了变频器成品在逐意气风发行业的应用经历,针对各类差异的顾客,只需依照现场的骨子里意况在分界面中展开设置就可以,不必要对程序进行更动,那样就制止了因为再三退换程序而以致失误的或许,升高了软件的可相信性;新的嵌入式人机分界面撤废了不达时宜工控机中的一些易损零器件,举个例子CPU风扇,电源风扇等,并用闪存替代了硬盘存款和储蓄器,使操作界面包车型大巴可信性越来越高,真正兑现了免维护;系统使用微软集团的WindowsCE操作系统代替了Windows二零零一操作系统,使之进一层切合变频器付加物,进一层升高变频器成品的可相信性。4.系统优化了电量的检查评定电路。高压变频调速系统必要检查测验输入、输出侧的电量插足调节和体现,在3250kw/6kV系统中,改换了原先的检查评定电路体量大、结构笨重的缺少,提升了变频器低频运营时的检查测验精度,不独有做实了系统的品质,更为下一步高品质的变频器—矢量调控型高压变频调速系统的接收

图片 2方法二:

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图片 301.对情况的适应本领

1.1 对电力网电压波动的适应本领

当母线上外燃机成组自运营、当母线上最大学一年级台电机组起动时对变频器运营的影响,那与变频器允许的输入电压波动范围参数有关,对于火电机组应保证母线电压跌落五分二时变频器不会停机。

别的,在母线切换等景色下所诱致的母线电压须臾时失电爆发后,变频器应具备持续或苏醒运营的效果(有些厂商称为“失压再开发银行功用”),即在母线电压眨眼之间间降落或未有时变频器不跳闸或使电机系统惯性运转;当母线电压重新恢复生机平常后,变频器能依据捕捉到的电机转速精确调解本身输出,重新拖动内燃机械运输营的机能。

1.2 对现场条件的适应本领

高压变频器繁多安装于现场辅机周围,灰尘超级多,灰尘步向变频柜内会促成绝缘下跌或击穿损坏电子元件;灰尘窒碍滤网变成功率柜散热效果差,易招致功率模块过热失效损坏。有个别厂商把氛围滤网设计为在运转中可拆换洗刷,便于维护。在南边高温、潮湿天气地区,应慎选对景况温湿度必要低、系统温升相对低的产物,以保障安全牢固运营。

高压变频器材备单元旁路意义,即有些功率单元出故障时该单元应能够活动退出,整个种类可不独有带故障运行,那实际上是生机勃勃种冗余设计技巧。当时应注意单元旁路后对变频器带载才干的熏陶,主要构思变频装置每相功率单元个数、调节体系的电压补偿。

单元串联越来越多,故障可能率越大,单个单元故障对输出技艺的影响越小,二者应折中甄选。若采取电压补偿算法、中性点偏移算法可拉长系统单元旁路后的带载能力,但此种方法或然带给共模电压等主题素材,需视电动机绝缘安全等设备具体情状取舍。

高压变频器的支配系列电源至关心珍爱要,应规划使用多路调整电源供电,多通道互为备用、无扰切换;电风扇冷却装置的冗余设计也助长增高系统的抗扰动技艺。

02.对本身小故障的担当技艺

高压变频器械备单元旁路功用,即有个别功率单元出故障时该单元应能够活动退出,整个系统可不仅带故障运营,那实乃大器晚成种冗余设计才具。那时应注意单元旁路后对变频器带载技艺的熏陶,首要考虑变频装置每相功率单元个数、调控连串的电压补偿。

单元串联越来越多,故障可能率越大,单个单元故障对出口技巧的影响越小,二者应折中筛选。若使用电压补偿算法、中性点偏移算法可加强系统单元旁路后的带载工夫,但此种方法大概带给共模电压等难点,需视发动机绝缘安全等装备具体情状取舍。

高压变频器的垄断(monopoly卡塔尔国连串电源至关心器重要,应设计使用多路调控电源供电,多通道互为备用、无扰切换;电风扇冷却装置的冗余设计也推进压实系统的抗扰动技能。

图片 403.对外表故障的担当技术

对输入侧的表面故障,如外界电力网故障形成母线电压跌落时对高压变频器运维的震慑。新疆省某电厂机组曾发出过那样的事故:由于外界电力网刹那时故障招致厂用电母线电压闪变跌落,引致辅机变频器停机,即使外表电力网的故障极快切去,但出于变频器拖动的第意气风发辅机停止运输招致机组甩负荷。因而弹指时停电再起步功用应是电厂机组辅机高压变频器提升外部故障肩负本领的可相信保险。

对输出侧的外界故障,如电缆击穿短路或外燃机的单相接地以致相间短路故障对高压变频器的熏陶。高压变频器应配备单相接地故障检查评定效能,依据现场境况选拔设定告急或跳闸珍爱。据总括新疆省高压电机由于绝缘损坏引致的相间短路故障每年平均约20台,即使相对可能率非常小,但对于使用过流本领最为有限的电力电子零器件的高压变频器,短路电流的冲击对设备的伤害是好汉的,大概引致设备损坏的沉痛故障。高压变频器对输出相间短路的承担技艺与有限支撑工夫是器具选型、保证设施安全应思考的一项主要因素。

图片 504.设备的故障复苏时间用

器具故障分为两种档期的顺序:一是一下子可自行复苏的故障,这种故障后生可畏旦现身之后,能在十分的短的时刻内活动复苏,而具有转速自动追踪作用的变频装置能一览无遗增加在这种故障意况下的运营本事和可相信性。安徽省正在运转的某些高压变频器在暴雨季节发生雷击时频频停机,正是因为不享有此种功用所致;

那一个是爆发永久性损坏故障后安装的还原时间,功率单元模块化能够在短期内转移备用模块,使器材在短期内回涨运维。

05.变频退换对电机敬重的影响

高压变频器平时均安顿工频旁路柜,以有限支撑在变频器现身故障或检查和修理时,通过工频旁路柜的切换电机恢复生机工频运维,保障临蓐持续不断。但这种切换也带来了对应有限支撑配置的主题材料:外燃机在变频运维意况下按钮柜应配备变压器珍重(因变频器内部与厂用电连接部分为输入移相整流变压器),而在工频运转时应配备发动机保养。

故此在改变时,原有发动机爱抚应封存,作为工频运转时的敬衣服置,即便变频器调节体系不享有输入变压器的保卫安全功效,从系统安全和合理配置爱戴的角度思忖,需加装“隔开移相变压器”敬泰山压顶不弯腰;在马达变频运营时,退出内燃机敬服而投变压器爱护。

06.手动旁路和机关旁路

手动切换变频器的运市价势,存在操作复杂、中断时间久对机组稳定性影响十分大的主题素材。而所有工频变频自动切换的变频器在爆发故障时能自动切换至工频运营,保障了举足轻重辅机的缕缕运维,收缩了对机组以至对电力网的熏陶。

可是在发动机故障时变频器自动切换至工频,会加深斯特林发动机的故障,并有使故障扩展化的危急。在切实的利用中,应丰裕思忖“自动旁路切换功效”的优短处,最棒变频器调整类别全数决断自己故障和负载故障的技艺。

别的自动工频变频切换时还应小心按键柜爱慕装置的电动切换、加速踏板或阀门的联动调度。在变频检查和修理达成后,怎么样使电机从工频运市价况眨眼之间间切换至变频运行景况,也是在改换时必须注意的难点。

图片 607.谐波对电力网及内燃机的震慑

低压变频器的输入电流具备一点都不小的高次谐波成份,这几个谐波对电力网变成“谐波污染”的还要,还降低了变频器输入电路的功率因数。而高压变频器平常采用多种化整流技能,减小对电力网的谐波污染,提升变频器输入侧的功率因数。有资料注脚,采纳30脉波的移相变压器的高压变频器,输入总谐波含量基本低于国标必要的4%,网侧的功率因数也可达0.95之上。

输出电压、电流谐波对发动机的影响重大反映在加码斯特林发动机转矩的脉动和马达的高烧,进而影响电机绕组的绝缘;共模电压和轴承电流会加剧轴承电蚀降低机械寿命。日常多单元串联型式高压变频器的每相串联的功率单元个数达到5个及以上时,输出电压的突变率可以见到足电机绝缘必要,收缩对绕组绝缘与共模电压轴电流的杀害,谐波含量低,可以不酌量其对电机的震慑。

出口电压、电流谐波对斯特林发动机的震慑首要体现在追加内燃机转矩的脉动和发动机的发热,进而影响电机绕组的绝缘;共模电压和轴承电流会加剧轴承电蚀减少机械寿命。日常多单元串联型式高压变频器的每相串联的功率单元个数达到5个及以上时,输出电压的突变率可知足电机绝缘须要,缩小对绕组绝缘与共模电压轴电流的凌虐,谐波含量低,可以不考虑其对电机的熏陶。

08.变频器的寿命

高压变频器设备的寿命主要调整于电解电容,电解电容的寿命与其运作温度和纹波电流直接相关。有限支撑运转条件温度、进步功率模块的散热效果、减少功率模块温升对拉长系统寿命起到珍视的意义;此外电容器纹波电流减小其寿命扩大,由此系统的周转负载工况对于变频器的寿命紧凑有关。

对此平时的可变负载,在运维情况满意设计基准下,电解电容器的寿命在8年以上,退换电容器的开支大抵攻克系统投资的5%~十分之一。本国原来就有商家生产无极性电容器代替电解容电器,据称寿命可达20年,但形似容积的无极性电容器的容积要比电解电容小得多,对系统输入、输出谐波、功率因数等指标有影响,近年来利用无极性电容器滤波的高压变频器用量超级少,其工艺成熟度以至付加物的运营可相信性影响尚待观看,值得关怀。

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