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1、变频器/电力电子/电机 原理及基础,-VFD，VSD，VVVF 一种控制交流电机的装置. 它将固定电压，固定频率的电源转换为电压可变，频率可变的电源，从而调节被驱动电机的转速。 VFD 控制对象为通用交流电机，包括异步电机和同步电机。,VFD可实现节能，降低用户运行成本。 能改善工艺，提高生产效率 降低设备磨损，减少机械设备维护量 实现自动控制 VFD可以替代其它更贵或效率低下的调速设备 (如直流传动，滑差电机，串级调速，液力偶合器等），实现更高的性价比,变频器的优点,用调节风门来调节风量时的曲线,风机风量，压力与转速，转矩，功率的关系 Q n P T n2 Pw T*n n3,一、节电效果显
2、著,Q,Q1,Q2,P1,P2,调节电机速度来调节风量时的曲线,1、运行压力或风量等工艺参数更平稳。 2、被控量调节更及时，准确，易构成自动控制。,二、改善工艺,1、能实现软起动，电机起动电流被限制在额定电流附近，消除起动过程对电机和机械负载的冲击 2、机械转速降低，有效降低机械磨损，降低维护量,三、延长电机，机械寿命，降低维护成本,1、电机起动过程对电网无冲击，不会影响电网上的其它用电设备 2、改善功率因数，有效降低所需配电变压器容量,四、有效降低起动时对电网的冲击,火力发电-送风机，引风机，循环水泵，冷凝泵，给水泵，灰浆泵等。 水和污水-取水泵，配水泵，污水泵 石化-风机，压缩机，油泵。
3、钢铁-焦炉鼓风，转炉除尘风机，水泵。 石油、天然气-注水泵，输油泵，电潜泵，压缩机。,应用范围,电 力,油气及石化,水处理,钢铁,其它,变频调速原理,电机调速基本公式： N = 60 f (1-s)/ p f = 电机供电频率 S = (n0-n)/n0 转差率 P = 电机极对数,改变电机的极对数。 改变电机的转差率。 转子串电阻调速 定子调压调速 电磁转差离合器调速 转子串级调速 改变电机的频率。,电机调速分类,变频调速基本原理,E=4.44 f1 K N f1 - 电机频率。 N - 每相绕组匝数 - 电机气隙磁通 K - 与绕组有关的常数 =E/(4.44*K*N*f1)=K*(E/f
4、1) VVVF- 变压变频同时进行是电机正常运行的需要,VF曲线,电机在任何速度下都应保持磁通恒定。 磁通太强-电机励磁电流过大，损耗增加 磁通太弱-电机铁芯利用不充分，输出力矩下降。,保持磁通恒定的必要性,通用变频器的基本结构,整流器 中间直流环节 逆变器 控制电路,整流器,三相全波桥式二极管整流 效率高，成本低，控制简单 斩控式整流器（PWM整流器） 效率高，功率因素可调，能量可回馈电网,六脉波整流电路,直流环节,也称滤波或储能环节 由电感或电容组成 用于负载与整流器之间的无功功率的缓冲,电容,电感,逆变器,将直流电压或电流转换成频率、幅值可变的交流电 器件工作于开关状态 器件通常为全控型
5、（GTR，GTO，IGBT，IGCT等）,当K1、K2同时闭合时，电机上的电压为A点高，B点低；K3、K4同时闭合时，则电机上的电压为A点低B点高。这样和连续不断地交替开合，在电机两端就形成了一交变电压，也就是交流电。,PWM-Pulse width modulation 脉冲宽度调制-通过控制电力电子器件的通、断时间及通断次序将直流电压转换为系列宽度不一的矩形脉冲电压，达到等同交流输出的效果 PWM的类型- SPWM-正弦波PWM 优化PWM- SVPWM，SAPWM，SHE（指定谐波消除）PWM,PWM技术,电力电子技术,二极管广泛应用与各种整流电路中。,晶闸管是一种半可控器件,IGBT
6、绝缘栅型双极晶体管。是一种广泛应用于变频器中的电压控制型全控器件，开关速度高，电压，电流等级已超过BJT,IGCT（SGCT）门极换流晶闸管，是一种新型的电力电子器件，其突出优点是耐压高，电流大，开关速度高，缺点是驱动复杂，成本高,高压大功率变频器用电力电子器件,Device,Type,Blocking,Voltage,Maximum,Current,u sec,T Off,Peak Gate,Power,ON,Voltage,Cost,Diode,7000,10000,50,N/A,1.0,Low,Thyristor,7000,10000,10-300,2 W,1.25,Low,GTO,60
7、00,3000,10-50,12k W,2.5,High,Transistor,1400,1200,3-5,20 W,2.5,Med,IGBT,3300,1800,0.5,3 W,2.5,Med,I/SGCT,6000,3000,1,45k W,2.0,Med,一个IGCT/SGCT 驱动电路-222个元件,Electrolytic Caps 12,Driver FETs 8,4路IGBT驱动电路,按主回路结构形式： 电流源型 电压源型 按控制方式分： U/F控制 转差频率控制 矢量控制 直接转矩控制,变频器的分类,按高压输出方式分： 直接高压输出型 高-低-高型,高压变频器的分类,变频器拓扑
8、结构,一般都由三部分组成: 整流电路: AC to DC; 中间直流环节:滤波和能量储存; 逆变器:DC to AC. 输出的电压(电流)和频率进行协调控制,AC-DC Conversion,DC-AC Conversion,DC Link,AC Input; fixed Frequency, fixed Voltage,AC Output; variable Frequency, variable Voltage,Motor,Capacitor or Inductor,Rectifier,电抗器滤波,Inverter,电流源型,Rectifier,电容滤波,Inverter,电压源型,高压大
9、功率的性能指标,高压大功率的性能指标之一,输入谐波,谐波的概念,高压变频器输入整流环节都为非线性的，会对电网产生谐波，其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数(多重化的次数)密切相关,谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。 谐波影响各种电器设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使危害加剧，甚至引起严重事故。 谐波会导
10、致继电保护和自动装置的误动作，并会使电器测量仪表计量不准确。 谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。,谐波有哪些危害,IEEE519-1992国际标准 GB/T14549-93国家标准,输入谐波的标准,减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流 从理论上可以推导出下列结论： 12脉冲整流：11次以下谐波自动抵销 18脉冲整流：17次以下谐波自动抵销 24脉冲整流：23次以下谐波自动抵销 30脉冲整流：29次以下谐波自动抵销 36脉冲整流：35次以下谐波自动抵销 而谐波的幅值与次数是成反比的。 完美无谐波高压变
11、频器采取多重化有效消除输入谐波。 以6KV变频器为例，变压器的18个二次绕组，采用延变三角形联结，分成6个不同的相位组，互差10度电角度，形成36脉波的二极管整流电路结构。,消除输入谐波的有效方法,K=N*P1 N为整数,6脉冲二极管整流电路,电路简单,可靠 输出直流电压VDC= 3/p * Vllpk 通常用在PWM电压源型变频器中,6脉冲二极管整流电路输入电流,12 脉冲二极管整流电路,12 脉冲二极管整流电路输入电流,二极管整流电路输入电流谐波分析,晶闸管可控整流电路,输出直流电流可调 广泛用于电流源型变频器 技术成熟,可靠,六脉冲晶闸管整流电路输入电流,12 脉冲晶闸管整流电路,12
12、脉冲晶闸管整流电路输入电流,晶闸管整流电路输入电流谐波分析,不同整流结构输入电流谐波失真比较,6 脉冲电压源加 2.5% LR 40% 6脉冲电流源加 2.5% LR 30% 12脉冲电流源加 5% LR 15% 12 脉冲电压源加5% LR 9% 18脉冲电流源输入 4%5% 单元串联多电平变频器(5cells/phase) 2%,晶闸管整流电路输入功率因数(离心负载),逆变器,GTO/SGCT电流源型逆变器 NPC:中心点箝位式(三点式)电压源型逆变器(IGBT/IGCT) 单元串联多电平移相式PWM电压源型逆变器(IGBT),SGCT 电流源型逆变器,SGCT电流源型逆变器输出波形,Cu
13、rrent,Voltage,IGCT-NPC 变频器,NPC 逆变器输出波形,Cell series Multi-level PWM,输入波形,输出波形,变频器输出波形质量,变频器输出波形对电机的影响： 变频器输出谐波会引起的电机附加发热和转矩脉动，噪音增加，输出dv/dt和共模电压会影响电机的绝缘。,包括输出谐波、dv/dt、共模电压、转矩脉动等指标。变频器输出谐波与变频器逆变器的结构密切相关。,联系我们 澳大利亚通用电气设备有限公司北方服务基地 大连联迅自动化设备有限公司 地址：大连市沙河口区中山路721号604号 电话：0411-82026973 0411-84251356 传真：0411-84251356 网址：,
