高压变频器结构原理

1主讲王兆义主办单位：新疆博识通咨询有限公司中国工业自动化培训网第2章变频器主电路分析•一、本章基本内容：•1.高压变频器的电压等级•包括：电压分类、中高压的电压级别•2.常用高压变频器的电路结构•包括：功率单元串联高压变频器、三电平高压变频器、直接高压变频器、交—交高压变频器•二、要解决的问题•解决高压变频器主电路的拓补结构和工作原理，为应用打基础。第2章变频器主电路分析•2.1高压变频器分类•按照我国电压的划分：低于1kV，称为低压；大于lkV、小于10kV,称为中压，10kV以上，称为高压。•我国在工、民、建等方面常用的电压等级为：•220V、380V、3KV、6KV、10KV；•在煤炭、石油、各种矿床的开采业中，除了上述电压等级之外，还有如下电压等级：•550V、690V（660V）、850V、1140V、1700V.•变频器在不同的应用领域，也就具有不同的电压等级。第2章变频器主电路分析我们习惯上把额定电压为6kV或3kV的电动机称为“高压电动机”。•在变频器的结构上，当电压超过了3KV，因为受功率器件的耐压限制，不得不通过器件的串联等手段来应对高电压，所以3KV～lOkV的变频器在结构上就没有本质区别，人们习惯上将它们就统称为高压变频器。•高压变频器为了解决耐压问题，提出了很多解决方案，使主电路有多种拓补结构。人们以拓补结构来命名变频器的名称（如三电平、功率单元串联、直接串联等）。第2章变频器主电路分析•2.2功率单元串联高压变频器•2.2.1移相变压器•1.输出绕组采用延边三角型连接，使每组的相角不同，使不连续的整流电流互补，连续起来。解决整流造成的传导干扰问题。•2.输出多组低电压供功率单元串联，解决管子耐压不够问题。第2章变频器主电路分析•3.延边变压器原理将二次绕组先作三角型联接，然后在每个输出端串联上一个绕组，上图为逆延联接，串联绕组和三角型联接绕组同相位（见图Ua1、Ua2）。由图可见，改变串联绕组和三角型联接绕组电压的大小，可改变θ的大小。通过逆延或顺延的联接方法，可得到相移。第2章变频器主电路分析•多移相绕组反射到初级的电流波形第2章变频器主电路分析•2.2.2功率单元串联•为了解决输出高压问题，将多个功率单元串联，根据不同输出电压的要求，选择串联的级数。该变频器由5个耐压为690V的功率单元组成6KV变频器，相电压为690V×5=3450V，线电压为：•KVUU632.7134503相线第2章变频器主电路分析•2.2.3功率单元和旁路电路•功率单元为三相输入、单相输出的交—直—交PWM型变频结构。将相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y联结结构，实现变频的高压直接输出，供给高压电动机。•旁路电路是当功率单元失效后，自动将其短路，保证变频器不间断工作。第2章变频器主电路分析•采用功率单元串联的形式，因为每个单元上加的是自己的一组电压，当工作中出现了开通延时，也不会出现过压问题，这是该电路的特点之一。第2章变频器主电路分析•1.功率单元工作原理•1）整流•将交流电变为直流电的过程叫做整流。VD1—VD6整流二极管，完成将交流电整成直流电的工作。•整流原理：第2章变频器主电路分析•2）整流波形图结论：a.相电流不连续b.整流电压最大值为c.每个周期有6个波峰，电压较平滑。d.整流电流不连续，本机通过移相整流来解决，其他机型通过星、角联接、加入电抗器的方法等来消除。线U2第2章变频器主电路分析•3）开关电路T1和T2、T3和T4交替工作，当T1导通时，T4导通；当T3导通时，T2导通。如果该单元出现了问题，晶闸管T导通，L1、L2两端短路。该单元被旁路。第2章变频器主电路分析•2.2.4输出波形•逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各功率单元的载波之间互相错开一定角度，实现多电平PWM，输出电压非常接近正弦波（输出PWM波如图所示）。•该变频器由于输入输出波形好，被人们称为“完美无谐波变频器”，有的资料中也称为绿色变频器。第2章变频器主电路分析•该变频器由于采用了低压IGBT，成本较低。6000V变频器要用90只二极管，60只IGBT，设备体积大。•该变频器因为用二极管整流，不能4象限运行，只能用在风机、水泵等简单负载。•如果整流部分采用回馈整流电路，可以用于轧钢升降等具有回馈电能的场合，但成本大大增加。•该变频器由美国罗宾康公司研制，因为只申请了美国专利，技术已经公开，我国利德华福、北京合康、山东风光、英威腾等很多厂家都在生产。第2章变频器主电路分析•2.2.5具有回馈功能的功率单元串联高压变频器•1.电路•为了电能回馈，整流电路由三相变为单相，变压器的结构简化。回馈电路采用和逆变电路相同的结构，并在输入端串入储能电感L。•该回馈电路在整流过程中，采用PWM整流方式，可以使输入电流连续，消除对电网的传导干扰。因此，变压器可以不用移相结构。功率单元第2章变频器主电路分析•2.连接•连接电路如下图，由图中可见，加在每个单元上的电压为单相，变压器不强调绕组移相。第2章变频器主电路分析•3.应用•该变频器通过增加回馈功能，可以四象限运行，适应工作在具有大量回馈电能的场合。但通过增加回馈功能，又抵消了原来变频器的优点，所以该变频器一般应用在没有回馈电能的场合。第2章变频器主电路分析•2.2.5变频器的应用范围•在没有回馈电路情况下，即不能4象限工作。当产生小能量的回馈电能时，可以采用制动电阻来处理。该变频器主要用途：•火力发电：引风机、送风机、吸尘风机、压缩机、排污泵、锅炉给水泵、灰浆泵等；冶金行业：引风机、吸尘风机、通风风机、泥浆泵、除垢泵等；石油化工：主管道泵、注水泵、锅炉给水泵、循环水泵、潜油泵、卤水泵、引风机、气体压缩机、混合器、挤压器等；第2章变频器主电路分析•水泥制造：窑炉引风机、生料研磨引风机、压力送风机、主吸尘风机、冷却器吸尘风机、冷却器排风机、预热塔风机、分选器风机、窑炉供气风机、高温风机、尾排风机等；市政供水、污水处理：污水泵、清水泵、净化泵、生物粗处理塔泵等；采矿行业：矿井的排水泵和排风扇、介质泵等；造纸：打浆机等；制药：清洗泵等；其他：传动机械装置、风力涡轮机、风洞试验等。•因该变频器的研制出发点就是风机和水泵的节能应用，又因为风机和水泵的拥有量大、用电量大，所以该变频器用量非常大，是高压变频器的主导机型。第2章变频器主电路分析•2.2.6变频器故障•1.设备故障•（1）因该变频器采用移相变压器和功率单元组成，移相变压器故障率很低，功率单元内包含了整流、逆变等功率电路，较易损坏。•（2）损坏功率单元的原因有器件内部质量和外部过流，因内部质量原因一般偶尔一块损坏，外部过流主要为电动机短路，可能有多快单元损坏。•（3）如果因内部质量原因偶尔损坏一块功率单元，可以暂时不停机维修，如果因电动机短路造成多单元损坏，必须停机。第2章变频器主电路分析•2.外部报警跳闸•外部报警跳闸一般有：过流、过载、过压、过热、夏天雷电跳闸等。当出现了跳闸，要分析原因，及时处理。第2章变频器主电路分析•2.2.7功率单元测量维修•1.整流电路的测量•1）万用表选用•指针万用表：用X100Ω或X10Ω挡；•数字万用表：用测晶体管挡。指针万用表内电路数字表打到测晶体管挡第2章变频器主电路分析2）测量直流电阻①测量整流管②测量开关管第2章变频器主电路分析②测量开关管第2章变频器主电路分析