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概述： 與直流電動(dòng)機(jī)相比，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、制造容易,、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，但感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制卻比直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜的多,。早期的交流傳動(dòng)均用于不可調(diào)傳動(dòng),，而可調(diào)傳動(dòng)則用直流傳動(dòng)，隨著電力電子技術(shù),、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，交流傳動(dòng)已逐漸取代了直流傳動(dòng)。交流可調(diào)傳動(dòng)的應(yīng)用主要分為三個(gè)方面： Ø 用于大量的風(fēng)機(jī),、水泵類電機(jī)的調(diào)速,，以獲得可觀的節(jié)能效益,； Ø 用于高性能的傳動(dòng)系統(tǒng)，取代直流傳動(dòng)系統(tǒng),； Ø 用于特大容量,、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速 變頻器的分類： 我們按照變頻器的電壓等級(jí)進(jìn)行分類： 變頻器電壓在690伏以下的稱為---低壓變頻器；其最大的功率可至3000KW,。 變頻器電壓在690伏以上的稱為---中壓變頻器,；其最大的功率可至100MW，其最高的電壓可以達(dá)到12KV,。 低壓變頻器： 目前低壓變頻調(diào)速已占據(jù)了傳動(dòng)市場(chǎng)95%以上的份額,，全球大約有幾百家的低壓變頻器生產(chǎn)廠商，我國(guó)國(guó)內(nèi)也有幾十家的低壓變頻器生產(chǎn)廠商,。 目前市場(chǎng)上的低壓變頻器主要由一些標(biāo)準(zhǔn)化的硬件和軟件構(gòu)成： Ø DSP控制器 Ø IGBT或IPM（集成式的IGBT功率單元） Ø 二極管整流或IGBT可逆整流 Ø 電力電解電容 Ø 風(fēng)冷（大容量可采用水冷） Ø 二電平輸出 Ø 電壓源型變頻器 Ø PWM調(diào)制輸出 Ø 主要控制方式（V/F控制,；矢量控制；直接轉(zhuǎn)矩控制）
目前低壓變頻器的主要研究發(fā)展方向： Ø 環(huán)境影響（包括變頻器運(yùn)行時(shí)的對(duì)環(huán)境的影響以及產(chǎn)品本身對(duì)環(huán)境的影響）； Ø 體積更小,，成本更低,，使用更方便,； Ø 矩陣變頻器的研發(fā),；
中壓變頻器 中壓變頻器的制造能力是一個(gè)國(guó)家電氣制造能力的綜合體現(xiàn)，目前國(guó)際上有十幾家的中壓變頻其制造商,，我國(guó)國(guó)內(nèi)目前也有幾家中壓變頻器的制造商,。中壓變頻器的生產(chǎn)是一個(gè)綜合的過(guò)程，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,，所以各個(gè)廠家都有不同類型不同結(jié)構(gòu)的中壓變頻器產(chǎn)品。 目前中壓變頻器的主要硬件和軟件的組成： Ø 多DSP控制器或者專用的電力電子控制器 Ø 功率元件-SCR/GTO/低壓IGBT/中壓IGBT/IGCT/IEGT Ø 薄膜電力電容 Ø 二極管多脈沖整流或反饋可逆整流 Ø 電壓型或電流型變頻器 Ø 三電平或多電平輸出 Ø PWM調(diào)制和方波等輸出方式 Ø 水冷（也有風(fēng)冷） Ø 主要控制方式（V/F控制,；矢量控制,；直接轉(zhuǎn)矩控制） 評(píng)價(jià)中壓變頻器的指標(biāo)主要有： Ø 成本 Ø 可靠性 Ø 對(duì)電網(wǎng)的諧波污染 Ø 輸入功率因數(shù) Ø 輸出諧波 Ø dv/dt Ø 共模電壓 Ø 系統(tǒng)效率 Ø 能否四象限運(yùn)行 下面是目前市場(chǎng)上能采購(gòu)到的幾種中壓變頻器。 1,，功率器件串聯(lián)二電平電流型中壓變頻器 功率器件串聯(lián)二電平電流型中壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示,，功率元件可采用SGCT（對(duì)稱門極換流晶閘管）或者采用中壓IGBT,。最大的功率為10MW以下，可采用二極管多脈沖和PWM可逆整流,，輸出方式為PWM輸出,，控制方式主要采用V/F和矢量控制。目前主要的廠家是美國(guó)的AB公司和國(guó)內(nèi)的佳靈公司,。
功率器件串聯(lián)二電平電流型中壓變頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，使用的功率器件少，但器件串聯(lián)帶來(lái)均壓?jiǎn)栴},，且二電平輸出的dv/dt會(huì)對(duì)電機(jī)的絕緣造成危害,，要求提高電機(jī)的絕緣等級(jí)；且諧波成分大,，需要專門設(shè)計(jì)輸出濾波器,。 2，單元串聯(lián)多重化電壓源中壓變頻器 單元串聯(lián)多重化電壓源中壓變頻器也稱完美無(wú)諧輸出中壓變頻器,，其主電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3,。
單元串聯(lián)多重化電壓源中壓變頻器采用低壓IGBT功率單元，所以技術(shù)成熟價(jià)格低,，而且通過(guò)串聯(lián)單元的個(gè)數(shù)適應(yīng)不同的輸出電壓要求,。最大的輸出功率可至10MW，采用V/F和矢量控制技術(shù),，PWM電壓調(diào)制輸出,。采用多脈沖二極管輸入整流。由于采用多重化輸出,，所以其輸出波形完美,，諧波小可適用任何場(chǎng)合的電機(jī)。主要的生產(chǎn)廠家是美國(guó)西門子羅賓康公司和國(guó)內(nèi)的利得華福公司,。 但是單元串聯(lián)多重化電壓源中壓變頻器的功率單元及功率件數(shù)量太多,，無(wú)法實(shí)現(xiàn)能量回饋及四象限運(yùn)行是其主要的缺點(diǎn)。 3,，中性點(diǎn)鉗位三電平PWM中壓變頻器 中性點(diǎn)鉗位三電平PWM中壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5,。 中性點(diǎn)鉗位三電平PWM中壓變頻器采用中壓IGCT( 集成門極換流晶閘管)、中壓IGBT或中壓IEGT（注入增強(qiáng)柵晶體管）功率單元,，采用中性點(diǎn)鉗位的三電平方式（Neutral point clamped:NPC）,，減少了器件的數(shù)量使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入可采用多脈沖二極管整流或者PWM型的主動(dòng)前端可逆整流,，輸出的是PWM調(diào)制的電壓,。最大的輸出功率可至30MW。輸出的是三電平電壓，波形比二電平有很大的提高,，可采用V/F,、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制方式，是目前中壓變頻器的主流方向,。主要的生產(chǎn)廠家有瑞典的ABB,，德國(guó)的SIEMENS，日本TOSHIBA等,，國(guó)內(nèi)由于技術(shù)原因目前還沒(méi)有生產(chǎn)廠家,。
4，多電平中壓變頻器 多電平中壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6,。
多電平中壓變頻器采用中壓IGCT( 集成門極換流晶閘管),、中壓IGBT或中壓IEGT（注入增強(qiáng)柵晶體管）功率單元，采用電容鉗位的多電平輸出方式,，輸入可采用多脈沖二極管整流或者PWM型的主動(dòng)前端可逆整流,，輸出的是PWM調(diào)制的電壓。最大的輸出功率可至30MW,。輸出的是多電平電壓,，使輸出波形接近正弦?？刹捎?/span>V/F,、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制方式。主要的生產(chǎn)廠家有法國(guó)的ALSTOM公司等,，國(guó)內(nèi)由于技術(shù)原因目前還沒(méi)有生產(chǎn)廠家,。 5，交交中壓變頻器 交交中壓變頻器的主電路結(jié)構(gòu)如圖7：
交交中壓變頻器一般采用大功率中壓晶閘管,，適用于功率在10MW以下的同步或異步電動(dòng)機(jī),，輸出的是電壓方波，可采用矢量控制,，主要用于鋼廠的扎鋼機(jī)等重載設(shè)備,，但其對(duì)電網(wǎng)污染很大，諧波大功率因數(shù)非常低,。目前已經(jīng)逐漸被三電平中壓變頻器取代,，主要的生產(chǎn)廠家有德國(guó)SIEMENS,，瑞典ABB和國(guó)內(nèi)的天傳所,。 6負(fù)載換相式電流源型中壓變頻器 負(fù)載換相式電流源型中壓變頻器（LCI：Load Commutated Inverter）的負(fù)載為大型的同步電動(dòng)機(jī)，功率范圍為15MW-100MW,。它的主電路結(jié)構(gòu)如圖8所示： 負(fù)載換相式電流源型中壓變頻器一般采用大功率中壓晶閘管,，輸出電壓可至12KV，最大功率可至100MW，輸出的是電壓方波,，可采用矢量控制,。主要用于大型的風(fēng)機(jī)和電力泵設(shè)備。主要的生產(chǎn)廠家有德國(guó)SIEMENS和法國(guó)的ALSTOM,，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有類似的生產(chǎn)廠家,。
結(jié)束語(yǔ)： 上述的只是一些基本的變頻器結(jié)構(gòu)，在這些基本的結(jié)構(gòu)上還有許多不同的擴(kuò)展,。而且隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,，各種新型的元器件不斷誕生，變頻器會(huì)不斷地向安全,、高效,、綠色的方向發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： 馬志源,，《電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)》 ISBN7-03-012633-5科學(xué)出版社 2003 徐甫榮“中高壓變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析比較” 電力設(shè)備網(wǎng)2003 竺偉 “高壓變頻器基礎(chǔ)教程” 中國(guó)工控網(wǎng) |
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