6脈動和12脈動變頻器

《6脈動和12脈動變頻器》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。

1、1、引言隨著電氣傳動技術的發(fā)展，尤其是變頻調速技術的發(fā)展，作為大容量傳動的高壓變頻調速技術也得到了廣泛的應用。高壓電機利用高壓變頻器可以實現(xiàn)無級調速，滿足生產(chǎn)工藝過程對電機調速控制的要求，以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量，又可大幅度節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。近年來，各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓撲結構。根據(jù)高電壓組成方式可分為直接高壓型和高低高型；根據(jù)有無中間直流環(huán)節(jié)可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器；在交直交變頻器中，按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，可分為電壓源

2、型和電流源型。直接高壓交-直-交變頻器直接輸出高壓，無需輸出變壓，效率高，輸出頻率不受限制，應用較為廣泛。評價高壓變頻器的指標主要有成本、可靠性、對電網(wǎng)的諧波污染、輸入功率因數(shù)、輸出諧波、dvdt、共模電壓、系統(tǒng)效率、能否四象限運行等。本文主要從使用高壓變頻器后對電網(wǎng)的諧波污染、功率因數(shù)等方面討論高壓變頻器對電網(wǎng)的影響，并從高壓變頻器的輸出諧波、dvdt、共模電壓等方面討論高壓變頻器對電機的影響。變頻器對電網(wǎng)的影響主要取決于變頻器整流電路的結構和特性。高壓變頻器輸出對電機的影響主要取決于逆變電路的

3、結構和特性。美國的NEMA標準中對電機諧波發(fā)熱、dvdt等方面的相應規(guī)定，具體規(guī)定是在MGI-1993的第30節(jié)。2、高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染近年來，高壓變頻器的應用越來越廣泛，由于高壓變頻器相對來說容量較大，占整個電網(wǎng)容量的比重較為顯著，所以高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染問題已經(jīng)不容忽視。許多場合由于采用了輸入諧波電流較高的變頻器，產(chǎn)生了嚴重的諧波污染問題。從本質上而言，任何高壓變頻器或多或少會產(chǎn)生輸入諧波電流，只是程度不同而已。解決諧波污染的辦法有二種一是采取諧波濾波器，對高壓變頻器產(chǎn)生的諧波進

4、行治理，以達到供電部門的要求，也即通常所說的“先污染，后治理”的辦法；二是采用產(chǎn)生諧波電流小的變頻器，變頻器本身基本上不對電網(wǎng)造成諧波污染，即所謂的“綠色”電力電子產(chǎn)品，從本質上解決諧波污染問題。國際上對電網(wǎng)諧波污染控制的標準中，應用較為普遍的是IEEE519-1992，我國也有相應的諧波控制標準。圖1示出了一種常見的6脈沖晶閘管整流電路結構，主要用于各種電流源型變頻器。這種整流電路結構簡單，但是輸入電流中含有很高的諧波分量，輸入電流的5次諧波可達20％，7次諧波可達12％(圖2)。由于晶閘管的快

5、速換相會產(chǎn)生一定的高次諧波，可達35次以上，高次諧波會對通信線路產(chǎn)生一定的干擾。這種整流電路總的諧波電流失真約為30％，由于輸入諧波較高，一般要設置輸入諧波濾波器，濾波器的設計與電網(wǎng)參數(shù)和負載工況都有關系，一旦參數(shù)和工況發(fā)生變化，濾波器又得重新調整，十分不便，且影響濾波效果。但此方案較為經(jīng)濟，一般適用于變頻器占電網(wǎng)負荷較小比例下安裝。圖16脈沖晶閘管整流電路圖2晶閘管整流電路的輸入諧波電流12脈沖晶閘管整流電路，整流器由兩組晶閘管整流橋串聯(lián)而成，分別由輸入變壓器的兩組副邊(星型和三角形，互差30°

6、電角度)供電。這種整流電路的優(yōu)點是把整流電路的脈沖數(shù)由6脈沖提高到12脈沖，帶來的好處是大大降低了5次和7次諧波電流。因為對晶閘管整流電路而言，諧波電流近似為基波電流的1h倍，h為諧波次數(shù)，h=n×p±1，其中n是自然數(shù)，p為脈沖數(shù)。12脈沖整流結構總諧波電流失真約為10％左右(圖2)。雖然12脈沖整流電路的諧波電流比6脈沖結構大大下降，但也不能達到IEEE519-1992標準規(guī)定的在電網(wǎng)短路電流小于20倍負載電流時諧波電流失真小于5％的要求。因此，一般也要安裝諧波濾波裝置。采用12脈沖結構還能避

7、免器件的直接串聯(lián)，變壓器也可承受變頻器產(chǎn)生的共模電壓中的絕大部分，使電機絕緣不受共模電壓的影響。當然，變壓器也要設計成為能夠承受原邊和副邊的諧波電流。圖3顯示了18脈沖晶閘管整流電路結構，電路由三組晶閘管整流串聯(lián)而成，變壓器三組副邊均為三角形，互差20°電角度。這個整流電路具有12脈沖結構的優(yōu)點，但其總諧波電流失真小于5.6%，總諧波電壓失真小于2%，基本符合IEEE519-1992標準規(guī)定，無需安裝諧波濾波裝置。圖318脈沖晶閘管整流電路3高壓變頻器的輸入功率因數(shù)晶閘管直流整流電路和二極管整流電

8、路除了6脈沖結構和12脈沖結構外，還可以采取更高脈沖數(shù)的結構，如18脈沖，24脈沖，輸入諧波也會隨著降低，但會導致系統(tǒng)結構復雜，成本增加。目前，大多數(shù)PWM電壓源型變頻器都采用二極管整流電路，如果整流電路采取全控型電力電子器件的PWM(高壓時一般采用三電平PWM結構)控制，其結構與逆變部分基本對稱，則可以做到輸入電流基本為正弦波，諧波成分很低，功率因數(shù)可調，且能量可雙向流動。當然系統(tǒng)的復雜和成本也大大增加了。這種雙PWM結構的三電平高壓變頻器預計在軋機，卷揚機等要求四象限運行和較高