压变频器的产品和技术特点

浪起激光2013-05-0857413

上世纪八十年代到九十年代初,高压电机要实现调速,主要采用三种方式:(1)液力耦合器方式。即在电机和负载之间串入一个液力耦合装置,通过液面的高低调节电机和负载之间耦合力的大小,实现负载的速度调节;(2)串级调速。串级调速必须采用绕线式异步电动机,将转子绕组的一部分能量通过整流、逆变再送回到电网,这样相当于调节了转子的内阻,从而改变了电动机的滑差;由于转子的电压和电网的电压一般不相等,所以向电网逆变需要一台变压器,为了节省这台变压器,现在国内市场应用中普遍采用内馈电机的形式,即在定子上再做一个三相的辅助绕组,专门接受转子的反馈能量,辅助绕组也参与做功,这样主绕组从电网吸收的能量就会减少,达到调速节能的目的。(3)高低方式。由于当时高压变频技术没有解决,就采用一台变压器,先把电网电压降低,然后采用一台低压的变频器实现变频;对于电机,则有两种办法,一种办法是采用低压电机;另一种办法,则是继续采用原来的高压电机,需要在变频器和电机之间增加一台升压变压器。
上述三种方式,发展到目前都是比较成熟的技术。液力耦合器和串级调速的调速精度都比较差,调速范围较小,维护工作量大,液力耦合器的效率相比变频调速还有一定的差距,所以这两项技术竞争力已经不强了。至于高低方式,能够达到比较好的调速效果,但是相比真正的高压变频器,还有如下缺点:效率低,谐波大,对电机的要求比较严格,功率较大时(500KW以上),可靠性较低。高低方式的主要优势在于成本较低。
目前,主流的高压变频器产品主要有三种类型:
(1)电流源型。电流源型逆变部分采用SGCT直接串联解决耐压问题,直流部分用电抗器储存能量,目前的技术水平可以做到7.2KV输出电压,所以适应国内大部分电压为6KV这一现状。电流源型变频器输入侧的功率因数比较低,电抗器的发热量较大,效率比电压源型变频器低,由于采用电流控制,输出滤波器的设计比较麻烦,而两电平变频器的共模电压和谐波、dv/dt问题较突出,所以对电机的要求较高。虽然电流源型变频器有可回馈能量的优点,但是需要回馈能量的负载毕竟不是太多,尤其是通用型的变频器,所以电流源型变频器的市场竞争能力已经逐渐变弱。
(2)功率单元串联多电平型。此变频器采用多个低压的功率单元串联实现高压,输入侧的降压变压器采用移相方式,可有效消除对电网的谐波污染,输出侧采用多电平正弦PWM技术,可适用于任何电压的普通电机,另外,在某个功率单元出现故障时,可自动退出系统,而其余的功率单元可继续保持电机的运行,减少停机时造成的损失。系统采用模块化设计,可迅速替换故障模块。由此可见,单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。
(3)三电平型。三电平型变频器采用钳位电路,解决了两只功率器件的串联的问题,并使相电压输出具有三个电平。三电平逆变器的主回路结构环节少,所以往往需要采用变通的方法,要么改变电机的电压,要么在输出侧加升压变压器。这一弱点限制了它的应用。
目前,虽然有人提出了其他不同的高压变频器解决方案,但大都不具有明显的可行性,或者说不具有将上述三种主流变频器结构取而代之的潜力。随着高压变频器成本的进一步降低,在中等功率市场,高低型变频器将会退出竞争,而只关注于较小功率的场合。
由于上述的技术特征,通用型高压变频器目前是单元串联多电平型变频器占多数,约7成以上。目前国内以利德华福为代表的高压变频器厂家有不下二十家,基本都采用这种电路结构。 

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