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大功率變頻器及變頻調速方案


  我國標准定義:高壓是指電壓等級為66kV以上的供電電壓,變頻器低壓東元變頻器是指電壓等級為1kV以下的配電電壓,中壓是指電壓等級為135kV的配電電壓,中壓變頻器是指輸入/輸出電壓為110kV的變頻器。

  目前較為推崇的多重、多級串聯式中壓變頻器,是利用移相變壓器得到多級低壓工頻電壓,分別整流、濾波、逆變、串聯後,再將各相中性點相連,以三相變頻電源向電動機供電。各功率單元參數相同,耐壓均為690 V,采用摸塊化結構,易於更換。各功率單元通過采用多級低壓IGBT的PWM式脈寬調制技術,使總輸出的正弦波近乎基波。

  目前的變頻調速方案有以下幾種:

  ( 1)低低方案。電動機功率200kW,采用低伺服馬達壓變頻器直接向380V電動機供電,這也是目前最為普遍且應用最廣泛的調速方案。

  ( 2)高低低方案。200kW電動機功率800kW,電動機電壓選定為380 660 V,通過降壓變壓器低壓變頻器,向電動機提供變頻電源。

  此方案性能優越,低壓變頻器技術成熟,變頻器選擇余地大,相對投資少,但若采用工頻電源直接起動電動機,需受供電系統容量和配電變壓器容量的限制。

  ( 3)高低高方案。800 kW電動機功率1500kW,電動機電壓選定為6kV或10kV,利用降壓變壓器將系統電壓降為600 V或460 V,通過低壓電流源型變頻器變頻後,再用升壓變壓器將電壓升為6 kV或10 kV,向電動機提供變頻電源。

  此方案價格適中,調速平穩,但增加了降/可程式控制器升壓變壓器後,使整個回路效率降低,且升壓變壓器由於有諧波電流通過,溫升會大幅度提高。

  ( 4)高中中方案。1000kW電動機功率2500 kW,電動機電壓選定為17kV、22kV、33kV或416kV,利用降壓變壓器將系統電壓降為17kV、22kV、33kV或416kV,通過降壓變壓器中壓變頻器,直接向電動機提供變頻電源,此方案成本低,可靠性高,整個回路效率有所改善。

  (5)高高方案。電動機功率3000kW,電動機電壓選定為6kV或10kV,一般首推低耐壓、多功率單元串聯的多重化變頻調速技術,但此方案對電動機的絕緣水平有較高的要求,且僅限於風機、水泵類無需四像限運行的負載,若考慮驅動卷楊機等負載,則應選用四像限運行的變頻器。

  存在問題用電設備出力下降目前大功率變頻器的問題是供電電壓高和電安川變頻器力電子器件耐壓低的矛盾,同時PWM工作模式和系統寄生電感共同作用,形成過大的du/ dt,造成電機絕緣受損。由變頻器產生的電網諧波,使用電設備損耗增加,使電動機附加了制動安川伺服馬達轉矩,用電設備出力下降。這些都是影響大功率變頻器大面積推廣使用的主要因素之一。

  大功率變頻器價格高大功率變頻器價格過高也是影響大面積推廣使用的主要因素之一。隨著電機電壓水平的提升,電機的絕緣水平必然提高,導致電機重量增加、價格上漲。電壓水平的提升,也會使大功率變頻器功率單元的串聯數量增加,成本會大幅度提高。
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