高压大功率变频器的研制及应用(通用3篇)
高压大功率变频器的研制及应用 篇一
随着电力工业的快速发展，对高压大功率变频器的需求也越来越大。高压大功率变频器是一种将电网供电频率转换为可调的电机供电频率的装置，广泛应用于电力、化工、冶金、石油、矿山等行业。它具有调速范围广、输出功率大、效率高、控制精度高等优点，对于提高设备运行效率、降低能耗、改善产品质量具有重要意义。
在高压大功率变频器的研制过程中，需要解决以下几个关键技术问题。首先是高压大功率变频器的电路设计和控制算法设计。电路设计需要考虑电压、电流、功率等参数的合理匹配，并具备较高的抗干扰能力和可靠性。控制算法设计需要考虑电机的特性，实现精确的调速控制。其次是高压大功率变频器的散热设计。由于高压大功率变频器在运行过程中会产生较大的热量，必须采取有效的散热措施，保证设备的稳定运行。最后是高压大功率变频器的安全保护设计。在变频器运行过程中，需要具备过流、过压、过载、短路等多种安全保护功能，以防止设备损坏或事故发生。
高压大功率变频器的应用范围广泛。在电力行业中，高压大功率变频器可以用于电力传输和配电系统中的电流调节、功率因数校正、电压调节等方面，提高电力系统的稳定性和可靠性。在化工行业中，高压大功率变频器可以应用于泵、风机、压缩机等设备的调速控制，实现能耗的节约和生产效率的提高。在冶金行业中，高压大功率变频器可以用于轧机、破碎机、起重机等设备的调速控制，提高生产效率和产品质量。在石油和矿山行业中，高压大功率变频器可以用于钻井设备、提升设备等的调速控制，提高工作效率和安全性。
总之，高压大功率变频器在电力工业中具有重要的地位和作用。通过对高压大功率变频器的研制和应用，可以提高设备运行效率、降低能耗、改善产品质量，推动电力工业的发展。随着技术的不断进步，相信高压大功率变频器将在更多领域发挥重要的作用。
高压大功率变频器的研制及应用 篇二
随着电力工业的不断发展，对高压大功率变频器的需求越来越大。高压大功率变频器是一种将电网供电频率转换为可调的电机供电频率的装置，广泛应用于电力、化工、冶金、石油、矿山等行业。它具有调速范围广、输出功率大、效率高、控制精度高等优点，对于提高设备运行效率、降低能耗、改善产品质量具有重要意义。
高压大功率变频器的研制需要解决一系列关键技术问题。首先是电路设计和控制算法设计。电路设计需要考虑电压、电流、功率等参数的合理匹配，并具备抗干扰能力和可靠性。控制算法设计需要考虑电机的特性，实现精确的调速控制。其次是散热设计。由于高压大功率变频器在运行过程中会产生较大的热量，必须采取有效的散热措施，保证设备的稳定运行。最后是安全保护设计。在变频器运行过程中，需要具备过流、过压、过载、短路等多种安全保护功能，以防止设备损坏或事故发生。
高压大功率变频器在电力、化工、冶金、石油、矿山等行业中有着广泛的应用。在电力行业中，高压大功率变频器可以用于电力传输和配电系统中的电流调节、功率因数校正、电压调节等方面，提高电力系统的稳定性和可靠性。在化工行业中，高压大功率变频器可以应用于泵、风机、压缩机等设备的调速控制，实现能耗的节约和生产效率的提高。在冶金行业中，高压大功率变频器可以用于轧机、破碎机、起重机等设备的调速控制，提高生产效率和产品质量。在石油和矿山行业中，高压大功率变频器可以用于钻井设备、提升设备等的调速控制，提高工作效率和安全性。
总之，高压大功率变频器在电力工业中具有重要的地位和作用。通过对高压大功率变频器的研制和应用，可以提高设备运行效率、降低能耗、改善产品质量，推动电力工业的发展。随着技术的不断进步，相信高压大功率变频器将在更多领域发挥重要的作用。
高压大功率变频器的研制及应用 篇三
高压大功率变频器的研制及应用
1 引言
山东风光电子有限公司是在多年研制中低压变频器的基础上，综合了国内外高压大功率变频器的多种方案的优缺点，采用最优方案研制成功的，并于2002年12月通过了省级科技成果及产品鉴定，成为国内生产高压大功率变频器的为数较少的几个企业之一。
2 国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点
目前，国内生产的高压大功率变频器中，以2种方案占主流:一种是功率单元串联形成高压的多重化技术;另一种是采用高压模块的三电平结构。而其他的采用高-低-高方案的，由于输出升压变压器技术难度高，成本高，占地面积大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高压大功率变频器的主要发展方向。
而高-高方案又分为多重化技术(简称csml)和三电平(简称npc)方案，目前有的厂家生产的高压大功率变频器是采用的三电平方案，而大多数厂家则是采用低压模块、多单元串联的多重化技术。这2种方案比较，各有优缺点，主要表现在:
(1) 器件
采用csml方式，器件数量较多，但都是低压器件，不但价格低，而且易购置，更换方便。低压器件的技术也较成熟。而npc方案，采用器件少，但成本高，且购置困难，维修不方便。
(2) 均压问题(包括静态均压和动态均压)
均压是影响高压变频器的重要因素。采用npc方式，当输出电压较高时(如6kv)，单用单个器件不能满足耐压要求，必须采用器件直接串联，这必然带来均压问题，失去三电平结构在均压方面的优势，系统的可靠性也将受到影响。而采用csml方案则不存在均压问题。唯一存在的是当变频器处于快速制动时，电动机处于发电制动状态，导致单元内直流母线电压上升，各单元的直流母线电压上升程度可能存在差异，通过检测功率单元直流母线电压，当任何单元的直流母线电压超过某一阈值时，自动延长减速时间，以防止直流母线电压上升，即所谓的过压失速防止功能。这种技术在低压变频器中被广泛采用，非常成功。
(3) 对电网的谐波污染和功率因数
由于csml方式输入整流电路的脉波数超过npc方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势
(4) 输出波形
npc方式输出相电压是三电平，线电压是五电平。而csml方式输出相电压为11电平，线电压为21电平(对五单元串联而言)，而且后者的等效开关频率大大高于前者，所以后者在输出波形的质量方面也高于前者。
(5) dv/dt
npc方式的'输出电压跳变台阶为高压直流母线电压的一半，对于6kv输出变频器而言，为4kv左右。csml方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压，不会超过1kv，所以前者比后者的差距也是很明显的。
(6) 系统效率
就变压器与逆变电路而言，npc方式与csml方式效率非常接近。但由于输出波形质量差异，若采用普通电机，前者必须设置输出滤波器，后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率的0.5%左右。
(7) 四象限运行
npc方式当输入采用对称的pwm整流电路时，可以实现四象限运行，可用于轧机、卷扬机等设备;而csml方式则无法实现四象限运行。只能用于风机、水泵类负载。
(8) 冗余设计
npc方式的冗余设计很难实现，而csml方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。
(9) 可维护性
除了可靠性之外，可维护性也是衡量高压大功率变频器的优劣的一个重要因素，csml方式采用模块化设计，更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子，以及1个光纤插头，就可以抽出整个单元，十分方便。而npc方式就不那么方便了。
总之，三电平电压形变频器结构简单，且可作成四象限运行的变频器，应用范围宽。如电压等级较高时，采用器件直接串联，带来均压问题，且存在输出谐波和dv/dt等问题，一般要设置输出滤波器，在电网对谐波失真要求较高时，还要设置输入滤波器。而多重化pwm电压型变频器不存在均压问题，且在输入谐波及dv/dt等方面有明显优势。对于普通的风机、水泵类一般不要求四象限运行的场合，csml变频器有较广阔的应用前景。这类变频器又被国内外设计者称之为完美无谐波变频器。
我公司的设计人员经过多方探讨，综合各种方案的优缺点，最后选定了完美无谐波变频器的csml方案作为我们的最佳选择，这就是我们向市场推出的jd-bp37和jd-bp38系列的高压大功率变频器。
3 变频器的性能特点
(1) 变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。
(2) 输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。
(3) 控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。
(4) 控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。
(5) 采用全中文的windows彩色液晶显示触摸界面。
(6) 主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。
(7) 完整的故障监测和报警保护功能。
(8) 可选择现场控制、远程控制。
(9) 内置pid调节器，可开环或闭环运行。
(10) 可根据需要打印输出运行报表。
4 工作原理
4.1 基本原理
本变频器为交-直-交型单元串联多电平电压源变频调速器，原理框图如图1所示。单元数的多少视电压高低而定，本处以每相为8单元，共24单元为例。每个功率单元承受全部的电机电流、1/8的相电压、1
4.2 功率单元电路
图1 方案原理框图
图2 整机原理图（为了简明，图中仅画了18单元）
所有单元都有6支二极管实现三相全波整流，有4个igbt管构成单相逆变电路。功率单元的主电路如图3所示，4个igbt管分别用t1、t2、t3、t4表示，它们的门极电压分别是ug1、ug2、ug3、ug4、
每个功率单元的输出都是一样的pwm波。功率单元输出波形如图4所示。逆变器采用多电平移相pwm技术。同一相的功率单元输出完全相同的基准电压(同幅度、同频率、同相位)。多个单元迭加后的 输出波形如图5所示。
4.3 系统结构与控制
(1) 系统结构
整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。
图3 功率单元主回路
图4 单元电路波形图
图5 6个单元输出迭加后的波形
图6 系统结构图
a) 隔离变压器
原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头
b) 变频柜
a、b、c三相分装在3个柜内，可分别称为a柜、b柜、c柜
c) 控制柜
柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。
4.4 系统控制
整机控制系统有16位单片机担任主控，24个功率单元都有一个自己的辅助cpu，由8位单片机担任，此外还有一个cpu，也是8位单片机，负责管理键盘和显示屏。
(1) 利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。
(2) 控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。
(3) 系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。
5 现场应用
本公司分别于2002年8月、10月和2003年3月、4月 分别在山东莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂、辽河油田锦州采油厂、浙江永盛化纤有限公司应用了本公司生产的高压大功率变频器jd-bp37-630f 2台、jd-bp38-355、jd-bp37-550f各1台。从运行情况看:
(1) 变频器结构紧凑，安装简单
由于变频器所有部分都装在柜里，不需要另外的电抗器、滤波器、补偿电容、启动设备等一系列其他装置，所以体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试方便。
(2) 电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。
由变频器拖动的电机均为三相普通的异步电动机，在整个运行范围内，电机始终运行平稳，温升正常。风机启动时的噪音及启动电流很小，无任何异常震动和噪音。在调速范围内，轴瓦的最高温升均在允许的范围内。
(3) 变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。
经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。
(4) 变频器运行情况稳定，性能良好。
该设备投运以来，变频器运行一直十分稳定。设备运行过程中，我公司技术人员对变频器输入变压器的温升，功率单元温升定期巡检，完全正常。输出电压及电流波形正弦度很好，谐波含量极少，效率均高于97%，优于同类进口设备。
(5) 运行工况改善，工人劳动强度降低。
变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。
(6) 变频器操作简单，易于掌握及维护。
变频器的起停，改变运行频率等操作简便，操作人员经过半个小时培训就可以全面掌握。另外，变频器各种功能齐全，十分完善，提高了设备可靠性，而且节电效果明显。以山东莱钢股份有限公司应用的jd-bp37-630f变频器为例，该系统生产周期大约为1h，出铁时间为20min，间隔约40min，系统配置电机的额定电流为80a，根据运行情况，及其它生产线的实际运行情况，预计该电机运行电流应在60a，以变频器上限运行频率45hz时，电流为45a，间隔时间运行频率20hz时，电流为20a。根据公式测算节能效果达到42.7%。
6 结束语
从这几台这几个月的运行情况看，我公司自行研制生产的高压大功率变频器，运行稳定可靠，节能效果显著，改善了工作人员的工作环境，降低了值班人员的劳动强度。变频器对电机保护功能齐全，减少了维修费用，延长了电机及风机的使用寿命，给用户带来了显著的经济效益，深得用户好评。据专家估计我们国家6kv以上的高压大功率电机约有3万多台，约合650万kw，因此，高压大功率变频器的市场是极其广阔的。
参考文献
[1] 徐甫荣. 大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析[j]. 变频器世界,2001,(8).
