高压变频器功率风机泵中应研究
众周知高压电动机应极广泛工矿企业中动力冶金钢铁石油化工水处理等行业中型厂矿中广泛拖动风机泵类压缩机种型机械消耗源占电机总耗70％绝局部调速求目前调速起动方法落浪费量源造成机械寿命降低着电气传动技术尤变频调速技术开展作容量传动高压变频调速技术广泛应便指出目前惯称作高压变频器实际电压般2310kV国3kV6kV10kV电网电压相算作中压国外常成MediumVoltageDrive
济钢高压风机水泵调速系统
国高压电动机6kV10kV济钢老厂区进线电源6kV高压电机调速直接启动液力偶合器调速新建厂区进线电源电压10kV高压风机调速系统中采液力耦合器调速方式直接起动降压起动非起动电流造成电网电压降低影响电气设备正常工作轴机械击易造成疲劳断裂影响机械寿命电网容量够时甚起动失败液力耦合器电机轴负载轴间参加叶轮调节叶轮间液体〔般油〕压力达调节负载转速目种调速方法实质转差功率消耗型做法节效果着转速降效率越越低需断开电机负载进行安装维护工作量段时间需轴封轴承等部件进行更换现场般较脏显设备档次低属淘汰技术
般说高压〔中压〕变频调速系统风机水泵类负载两重特点：第消阀门〔挡板〕量损失风机水泵工作点接峰值效率线总效率液力耦合器提高25％～50％第二高压〔中压〕变频调速起动性高压变频器实现软〞起动变频装置特性保证起动加速时具足够转矩消起动电机击保证电网稳定提高电机机械寿命
现济钢三炼钢例分析高压〔中压〕变频器实际生产中节效果济钢三炼钢厂10台高压尘电机装机容量合计231MW占三炼钢总装机容量40％现场实际监测工作电流重更高电流值见表1风机类负载占总容量60高压变频器液力耦合器效率提高25％～50％月风机节20％计算月总电量降低8％三炼钢月电费1000万元样年降低钱80万元述粗略计算高压〔中压〕变频调速济钢高压风机水泵应前景广泛节效果巨
表1济钢第三炼钢厂风机电流值
高压变频器应现状
然电压高功率技术复杂等素高压变频器产业化80年代中期开始形成着功率电力电子器件迅速开展巨市场推动力高压变频器十年开展非常迅速器件已SCRGTOGTR开展IGBTIGCTIGETSGCT功率范围百千瓦十兆瓦技术已成熟性保障面越越广高压变频器标准中功率交流异步电动机步电动机配套组成交流变频调速系统驱动风机水泵压缩机种机械传动装置达节高效提高产品质量目
年种高压变频器断出现高压变频器目前止没低压变频器样统拓扑结构根高压组成方式分直接高压型高—低—高型根中间直流环节分分交—交变频器交—直—交变频器交—直—交变频器中中间直流滤波环节分电压源型电流源型面目前较广泛种高压变频器进行分析指出优缺点
1高—低—高型变频器
变频器低压变频器采输入降压变压器输出升压变压器实现高压电网电机接口时高压变频技术未成熟时种渡技术低压变频器电压低电流限制升限制种变频器容量输出变压器存系统效率降低占面积增外输出变压器低频时磁耦合力减弱变频器启动时带载力减弱电网谐波果采12脉整流减少谐波满足谐波严格求输出变压器升压时变频器产生dvdt等放必须加装滤波器适普通电机否会产生电晕放电绝缘损坏情况西门子公司早期生产种结构变频器目前已停止生产仅提供备件
2电流源型高压变频器
输入侧采控硅进行整流采电感储逆变侧SGCT作开关元件传统两电结构器件耐压水限必须采器件串联器件串联种非常复杂工程应技术理说性低公司做产品化步输出侧两电电机承受dvdt较必须采输出滤波器电网侧脉整流器选件户需针工厂情况提出求种变频器优点需外加电路负载惯性量回馈电网电流源型变频器缺点电网侧功率数低谐波着工况变化变化补偿电流源型高压变频器代表厂商AB公司
3电压源型三电变频器
变频器采二极整流电容储IGBTIGCT逆变三电逆变形式采二极箝位方式解决两器件串联难题技术两器件简单直接串联容易时增加输出电输出波形两电种变频器问题：采高压器件输出侧dudt旧拟严重需采输出滤波器受器件耐压水限制高电压做4160V适应6kV10kV电网需更换电机种做法造成障时电网旁路较麻烦6kV电机种变通做法电机星型接法改角型接法样电机电压变3kV种做法电机环流损耗升国已烧毁电机事例关三电变频器般采12脉整流方式电压源型三电变频器代表厂商ABB西门子公司等
4功率模块串联电变频器
变频器采低压变频器串联方式实现高压输出电压源型变频器输入侧采移相降压型变压器实现18脉整流方式满足国际电网谐波严格求带负载时电网侧功率数达95输出侧采级PWM技术dvdt谐波少满足普通异步电机需根负载需设计变频器输出电压解决6kV10kV电机调速较方法功率电路采标准模块化设计更换简单器件国采购拟容易种变频器采低压IGBT作逆变元件采高压IGBT三电变频器相功率元件数目较技术较成熟采高压IGCT三电变频器相功率元件数目较总元件数目较少IGCT需非常复杂辅助关断电路整流变压器功率模块连线较变压器变频器分开放置空间限场合灵活功率模块串联电变频器代表厂商西门子罗宾康公司利德华福公司等
5高压变频器应综述
电流源型变频器技术成熟四象限运行高压时器件串联均压问题输入谐波电网影响输出谐波电机影响等问题应受限制变频器性电机参数关通性差电流谐波成分污染损耗较模电压高电机绝缘影响AB公司PowerFlex7000系列采耐压值65kVSGCT高电压仅做66kV
电压源型变频器采高压器件输出侧dvdt拟严重需采输出滤波器受器件耐压水限制高电压做4160V
单元串联电PWM电压源型变频器具电网谐波污染输入功率数高必采输入谐波滤波器功率数补偿装置输出波形存谐波引起电动机附加发热转矩脉动噪声输出dvdt模电压等问题普通异步电动机单元串联电变频器输出电压达10kV甚更高
拟三种类型高压变频器单元串联式电变频器输入输出波形电网谐波污染输出适普通电动机年开展迅速逐渐成高压变频调速流方案国高压电动机6kV10kV等级目前三电变频器受器件耐压限制尚难实现等级直接高压输出单元串联式电变频器输出电压够达10kV甚更高国广泛应尤风机水泵等节领域形成垄断态势济钢高压电机均电压等级10kV6kV普通笼型异步电动机单元串联电电压源型变频器适宜选择
单元串联电变频器原理技术优点厂家技术特点
1单元串联电变频器原理
〔1〕单元串联电变频器采假设干独立低压功率单元串联方式实现高压输出原理图1示
图1电压叠加原理
〔2〕6kV输出电压等级例变频器电路拓扑结构图2示
图2电路拓扑结构
〔3〕电网电压二次侧重化隔离变压器降压功率单元供电功率单元三相输入单相输出交—直—交PWM电压源型逆变器见图3
图3功率单元结构
原理综述相邻功率单元输出端串接起形成Y联结结构实现变压变频高压直接输出供应高压电动机功率单元分输入变压器组二次绕组供电功率单元间变压器二次绕组间相互绝缘额定输出电压6kV变频器相5额定电压690V功率单元串联成输出相电压高达3450V线电压达6kV左右功率单元承受全部输出电流提供15相电压1l5输出功率单元电压等级串联数量决定变频器输出电压单元额定电流决定变频器输出电流采整功率单元串联存器件串联引起均压问题
2单元串联电变频器技术优点
西门子罗宾康公司1994年推出第台变频器十年断开展单元串联电变频器逐渐形成项拟完备技术
〔1〕输入变压器重化设计
输入变压器实行重化设计达降低谐波电流目输入功率数高必采输入谐波滤波器功率数补偿装置6kV变频器例变压器15二次绕组采延边三角形联结分5相位组互差12°形成30脉波二极整流电路结构理29次谐波消输入电流波形接正弦波总谐波电流失真低1％
〔2〕逆变器输出电移相式PWM技术
PWM调制时采取移相式PWM相单元调制信号相载波信号互差电角度正反成样单元输出样形态PWM波彼相差角度叠加输出电压等效开关频率增加改变参考波幅值频率实现变压变频高压输出实际提高电源利率参考波非严格正弦波注入定三次谐波形成马鞍型〞波形
〔3〕功率单元旁路技术
功率单元输出端T1T2联双晶闸〔反联两SCR〕功率单元发生障封锁该单元然SCR导通形成旁路旁路电路继续工作输出电压略降果负载十分重进行冗余设计安装备功率单元功率单元旁路技术提高单元串联电变频器性程度弥补元气件数导致性降低问题
3单元串联电变频器厂家技术性特点
单元串联电电压源型变频器美国罗宾康公司创造申请专利取名完美谐波变频器罗宾康公司专利申请仅美国国该技术属公知技术北京利德华福等公司生产高压变频器采种结构述两家外国外TMEIC〔东芝三菱〕富士东方日立等许厂家生产该类型变频器
面罗宾康利德华福TMEIC三家高压变频器性指标进行拟选择适合国目前电网设备实际情况产品三家变频器性见表2示
表2变频器性拟
拟三家变频器性高压变频器特点：
〔1〕控制方式根做编码器矢量控制模式
〔2〕单元旁路功断完善尤罗宾康公司中心点偏移方案更安
〔3〕高压变频器价格断降国企业事情
果考虑钱等素国产公司变频器首选目前国高压变频器配套产业脉整流变压器容量电解电容器散热器高压软电缆等根成熟维护钱会低果考虑钱素第台单元串联电变频器推出该技术领域罗宾康公司直处领先位年500台销售业绩说明该公司产品优良技术性
结束语
高压电机利高压变频器实现级调速满足生产工艺程电机调速控制求提高产品产量质量幅度节约源降低生产钱然次性投资高投资般2～３年收回高压〔中压〕变频器济钢高压风机水泵电机系统中旦应节效果会非常显著济钢循环济开展意义深远
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众周知高压电动机应极广泛工矿企业中动力冶金钢铁石油化工水处理等行业中型厂矿中广泛拖动风机泵类压缩机种型机械消耗源占电机总耗70％绝局部调速求目前调速起动方法落浪费量源造成机械寿命降低着电气传动技术尤变频调速技术开展作容量传动高压变频调速技术广泛应便指出目前惯称作高压变频器实际电压般2310kV国3kV6kV10kV电网电压相算作中压国外常成MediumVoltageDrive
济钢高压风机水泵调速系统
国高压电动机6kV10kV济钢老厂区进线电源6kV高压电机调速直接启动液力偶合器调速新建厂区进线电源电压10kV高压风机调速系统中采液力耦合器调速方式直接起动降压起动非起动电流造成电网电压降低影响电气设备正常工作轴机械击易造成疲劳断裂影响机械寿命电网容量够时甚起动失败液力耦合器电机轴负载轴间参加叶轮调节叶轮间液体〔般油〕压力达调节负载转速目种调速方法实质转差功率消耗型做法节效果着转速降效率越越低需断开电机负载进行安装维护工作量段时间需轴封轴承等部件进行更换现场般较脏显设备档次低属淘汰技术
般说高压〔中压〕变频调速系统风机水泵类负载两重特点：第消阀门〔挡板〕量损失风机水泵工作点接峰值效率线总效率液力耦合器提高25％～50％第二高压〔中压〕变频调速起动性高压变频器实现软〞起动变频装置特性保证起动加速时具足够转矩消起动电机击保证电网稳定提高电机机械寿命
现济钢三炼钢例分析高压〔中压〕变频器实际生产中节效果济钢三炼钢厂10台高压尘电机装机容量合计231MW占三炼钢总装机容量40％现场实际监测工作电流重更高电流值见表1风机类负载占总容量60高压变频器液力耦合器效率提高25％～50％月风机节20％计算月总电量降低8％三炼钢月电费1000万元样年降低钱80万元述粗略计算高压〔中压〕变频调速济钢高压风机水泵应前景广泛节效果巨
表1济钢第三炼钢厂风机电流值
高压变频器应现状
然电压高功率技术复杂等素高压变频器产业化80年代中期开始形成着功率电力电子器件迅速开展巨市场推动力高压变频器十年开展非常迅速器件已SCRGTOGTR开展IGBTIGCTIGETSGCT功率范围百千瓦十兆瓦技术已成熟性保障面越越广高压变频器标准中功率交流异步电动机步电动机配套组成交流变频调速系统驱动风机水泵压缩机种机械传动装置达节高效提高产品质量目
年种高压变频器断出现高压变频器目前止没低压变频器样统拓扑结构根高压组成方式分直接高压型高—低—高型根中间直流环节分分交—交变频器交—直—交变频器交—直—交变频器中中间直流滤波环节分电压源型电流源型面目前较广泛种高压变频器进行分析指出优缺点
1高—低—高型变频器
变频器低压变频器采输入降压变压器输出升压变压器实现高压电网电机接口时高压变频技术未成熟时种渡技术低压变频器电压低电流限制升限制种变频器容量输出变压器存系统效率降低占面积增外输出变压器低频时磁耦合力减弱变频器启动时带载力减弱电网谐波果采12脉整流减少谐波满足谐波严格求输出变压器升压时变频器产生dvdt等放必须加装滤波器适普通电机否会产生电晕放电绝缘损坏情况西门子公司早期生产种结构变频器目前已停止生产仅提供备件
2电流源型高压变频器
输入侧采控硅进行整流采电感储逆变侧SGCT作开关元件传统两电结构器件耐压水限必须采器件串联器件串联种非常复杂工程应技术理说性低公司做产品化步输出侧两电电机承受dvdt较必须采输出滤波器电网侧脉整流器选件户需针工厂情况提出求种变频器优点需外加电路负载惯性量回馈电网电流源型变频器缺点电网侧功率数低谐波着工况变化变化补偿电流源型高压变频器代表厂商AB公司
3电压源型三电变频器
变频器采二极整流电容储IGBTIGCT逆变三电逆变形式采二极箝位方式解决两器件串联难题技术两器件简单直接串联容易时增加输出电输出波形两电种变频器问题：采高压器件输出侧dudt旧拟严重需采输出滤波器受器件耐压水限制高电压做4160V适应6kV10kV电网需更换电机种做法造成障时电网旁路较麻烦6kV电机种变通做法电机星型接法改角型接法样电机电压变3kV种做法电机环流损耗升国已烧毁电机事例关三电变频器般采12脉整流方式电压源型三电变频器代表厂商ABB西门子公司等
4功率模块串联电变频器
变频器采低压变频器串联方式实现高压输出电压源型变频器输入侧采移相降压型变压器实现18脉整流方式满足国际电网谐波严格求带负载时电网侧功率数达95输出侧采级PWM技术dvdt谐波少满足普通异步电机需根负载需设计变频器输出电压解决6kV10kV电机调速较方法功率电路采标准模块化设计更换简单器件国采购拟容易种变频器采低压IGBT作逆变元件采高压IGBT三电变频器相功率元件数目较技术较成熟采高压IGCT三电变频器相功率元件数目较总元件数目较少IGCT需非常复杂辅助关断电路整流变压器功率模块连线较变压器变频器分开放置空间限场合灵活功率模块串联电变频器代表厂商西门子罗宾康公司利德华福公司等
5高压变频器应综述
电流源型变频器技术成熟四象限运行高压时器件串联均压问题输入谐波电网影响输出谐波电机影响等问题应受限制变频器性电机参数关通性差电流谐波成分污染损耗较模电压高电机绝缘影响AB公司PowerFlex7000系列采耐压值65kVSGCT高电压仅做66kV
电压源型变频器采高压器件输出侧dvdt拟严重需采输出滤波器受器件耐压水限制高电压做4160V
单元串联电PWM电压源型变频器具电网谐波污染输入功率数高必采输入谐波滤波器功率数补偿装置输出波形存谐波引起电动机附加发热转矩脉动噪声输出dvdt模电压等问题普通异步电动机单元串联电变频器输出电压达10kV甚更高
拟三种类型高压变频器单元串联式电变频器输入输出波形电网谐波污染输出适普通电动机年开展迅速逐渐成高压变频调速流方案国高压电动机6kV10kV等级目前三电变频器受器件耐压限制尚难实现等级直接高压输出单元串联式电变频器输出电压够达10kV甚更高国广泛应尤风机水泵等节领域形成垄断态势济钢高压电机均电压等级10kV6kV普通笼型异步电动机单元串联电电压源型变频器适宜选择
单元串联电变频器原理技术优点厂家技术特点
1单元串联电变频器原理
〔1〕单元串联电变频器采假设干独立低压功率单元串联方式实现高压输出原理图1示
图1电压叠加原理
〔2〕6kV输出电压等级例变频器电路拓扑结构图2示
图2电路拓扑结构
〔3〕电网电压二次侧重化隔离变压器降压功率单元供电功率单元三相输入单相输出交—直—交PWM电压源型逆变器见图3
图3功率单元结构
原理综述相邻功率单元输出端串接起形成Y联结结构实现变压变频高压直接输出供应高压电动机功率单元分输入变压器组二次绕组供电功率单元间变压器二次绕组间相互绝缘额定输出电压6kV变频器相5额定电压690V功率单元串联成输出相电压高达3450V线电压达6kV左右功率单元承受全部输出电流提供15相电压1l5输出功率单元电压等级串联数量决定变频器输出电压单元额定电流决定变频器输出电流采整功率单元串联存器件串联引起均压问题
2单元串联电变频器技术优点
西门子罗宾康公司1994年推出第台变频器十年断开展单元串联电变频器逐渐形成项拟完备技术
〔1〕输入变压器重化设计
输入变压器实行重化设计达降低谐波电流目输入功率数高必采输入谐波滤波器功率数补偿装置6kV变频器例变压器15二次绕组采延边三角形联结分5相位组互差12°形成30脉波二极整流电路结构理29次谐波消输入电流波形接正弦波总谐波电流失真低1％
〔2〕逆变器输出电移相式PWM技术
PWM调制时采取移相式PWM相单元调制信号相载波信号互差电角度正反成样单元输出样形态PWM波彼相差角度叠加输出电压等效开关频率增加改变参考波幅值频率实现变压变频高压输出实际提高电源利率参考波非严格正弦波注入定三次谐波形成马鞍型〞波形
〔3〕功率单元旁路技术
功率单元输出端T1T2联双晶闸〔反联两SCR〕功率单元发生障封锁该单元然SCR导通形成旁路旁路电路继续工作输出电压略降果负载十分重进行冗余设计安装备功率单元功率单元旁路技术提高单元串联电变频器性程度弥补元气件数导致性降低问题
3单元串联电变频器厂家技术性特点
单元串联电电压源型变频器美国罗宾康公司创造申请专利取名完美谐波变频器罗宾康公司专利申请仅美国国该技术属公知技术北京利德华福等公司生产高压变频器采种结构述两家外国外TMEIC〔东芝三菱〕富士东方日立等许厂家生产该类型变频器
面罗宾康利德华福TMEIC三家高压变频器性指标进行拟选择适合国目前电网设备实际情况产品三家变频器性见表2示
表2变频器性拟
拟三家变频器性高压变频器特点：
〔1〕控制方式根做编码器矢量控制模式
〔2〕单元旁路功断完善尤罗宾康公司中心点偏移方案更安
〔3〕高压变频器价格断降国企业事情
果考虑钱等素国产公司变频器首选目前国高压变频器配套产业脉整流变压器容量电解电容器散热器高压软电缆等根成熟维护钱会低果考虑钱素第台单元串联电变频器推出该技术领域罗宾康公司直处领先位年500台销售业绩说明该公司产品优良技术性
结束语
高压电机利高压变频器实现级调速满足生产工艺程电机调速控制求提高产品产量质量幅度节约源降低生产钱然次性投资高投资般2～３年收回高压〔中压〕变频器济钢高压风机水泵电机系统中旦应节效果会非常显著济钢循环济开展意义深远
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