工程设计中应用高压变频器要特别关注的问题
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摘要:1 引言 这个问题的复杂性有如下几个方面: 1.1功率范围广 高压电动机功率从中功率(几百kw)、大功率(1mw左右到几mw),直到特大功率(10mw及以上),在中功率时,可以考虑采用低压

1 引言

  这个问题的复杂性有如下几个方面:

  1.1功率范围广

  高压电动机功率从中功率(几百kw)、大功率(1mw左右到几mw),直到特大功率(10mw及以上),在中功率时,可以考虑采用低压供电的可能性,这要经过技术经济比较后决定。功率大、电压高给变频器的构造带来了许多困难问题。由于功率大,一定是企业生产中的主要设备,其调速性能可能对产品质量或生产率有很大的影响,即使为节能而调速,也应有故障应急措施,暂不节能也要保证生产不中断。

  1.2电压高

  电机电压为6~10kv时,单个电力电子器件的各种耐受电压性能大都不够,如果采用多个器件直接串联,则各器件之间的均压特别是动态均压就成为关键,既要可靠,又要容易实施,这是不容易的,因而出现了许多其它的应对方案。

  1.3对电网的反作用不可忽视

  多数变频器会对电网输送谐波和消耗无功功率,因为功率大,可能问题就严重而不得不在变频器的输入部件上采取措施,此外有些生产机械自己产生能量,如矿井提升机的重物下放,要求传动系统能4象限运行,将位能或动能变成电能返回电网,这又增加了变频器输入部的拓朴结构方案。

  1.4对电动机的不良影响应重视

  电动机电压高,例如6kv是400v的15倍,对电机的绝缘强度要求很高,特别是电压上升率dv/dt,使电机的匝间绝缘和线卷间绝缘承受很大应力,除了加强电机的绝缘外,就得设法降低变频器输出电压的dv/dt。此外变频器的输出谐波还可能使电机及机械产生轴电流、噪音、振动与扭转振荡,为此应尽可能消除上述各种不良影响,这样在变频器的输出部逆变器也有了许多拓朴方案。

  1.5分析问题的路径

  综上所述,变频器的输入部有多种整流方案,有时还需要将电能返馈回电网网侧的逆变方案。变频器在输出部有多种将直流逆变成变压变频交流的方案,将输入部与输出部组合起来,方案就更多了。对于问题的分析,设计者宜紧密围绕两个目标去选择和考虑。即:

  (1) 传动系统的机械特性、可靠性和可用性一定要满足生产工艺;

  (2) 尽量减少对电网的不良影响,尽量减少对电动机的不良影响,使整体上(包括电网、电动机和变频器自身)在技术经济上有一个最佳方案。

  因此为了便于讨论,我们将高压变频器本体拆开分成三部分分别加以讨论:输入部、中间部和输出部,然后组合成变流系统后,再对整体传动系统的性能进行讨论。在讨论变频器的输入、中间和输出三个分部之前,有必要对变频器传动系统整体的构成、性能及其分类先作一些介绍。

2 变频器的分类及性能简介

  2.1 交-交变频器和交-直-变频器

  这是国内的通用名称,iec标准及相应转化过来的gb则称交-交变频器为直接变流器,称交-直-交变频器为间接变流器。

  (1) 交-交变频器

  由于可以经济地应用国产的耐压高、电流大的晶闸管,因而在大功率和超大功率方面有优势,因为交-交变频器的输入侧有低的功率因数,不仅有一般整流电路中的特征谐波,而且有非特征谐波(与输出频率有关),谐波频谱复杂,可是它又是大功率装置,非治理谐波不行,因而总的投资相对并不低,占地面积也大,谐波治理困难,因而应用范围受到限制。

  (2) 交-直-交变频器

  市面上见到的大都是这种类型的,由于变频器输入侧的整流器(有时也需要将直流反馈到交流电网的逆变功能)和输出侧的逆变器是独立的两个部件,因而分别降低输入部对电网的不良影响和降低输出部对电动机的不良影响相对地比较容易,事实上已取得一定的进展,例如输入侧用pwm调制方式,输出侧用多电平方式等等,预计今后还会有新的进展出现。

  2.2电流源(csi)和电压源逆变器(vsi)

  (1) 电流源(csi)逆变器

  变频器的电源取自交流电力网,变成直流后,直流中间部也可以看成是输出部逆变器的电源;中间部如果串一个大电感量的电抗器,由于此电感的平波作用,电流的变动不容易,(如果串的电感量非常大,就成为恒流源了),电流不能反向,加上输出部逆变器的配合,电动机在再生发电运行时,并不需要直流反向,而是通过逆变器的换流(电力电子器件交替通和断)改变电机绕组中功率流向,同时也并不需要增加输入部的电气器件。总之csi逆变器的构造特点,就是用大电感对直流平波。由于电机电流不能快速变化,它只适用于电机负载比较平稳的机械,例如风机、水泵等。

  (2) 电压源(vsi)逆变器

  和csi不同的是,vsi逆变器的直流中间部用大电容平波,对变动的直流电流而言,电容器的内阻抗小,电容器上的电压比较稳定,更不可能反向,但是电机电流的大小易于变动,这非常适合于电动机负载快速变化的场合,由于直流电压不能反向,当要求电机能够4象限运行时,就要在整流输入部采取补充措施(增加部件)使电能能够反馈回电网,或例如采用pwm整流兼作逆变运行。

  总之vsi逆变器是用大电容对直流平波,有时为了减小电源合闸时对电容和整流器的涌流冲击,也可在电容器之前串一个小的电抗或电阻,但电容是起主导作用的。

  2.3外部换流和自换流方式

  (1) 外部换流

  这是指一个电力电子器件从导通如何过渡到关断,再让另一个电力电子器件导通将电流交换过来的全过程,换流方式的不同是由于电子器件特性主要是关断特性的不同,例如不控的二极管加上正向电压导通,加上反向电压就关断,半控的晶闸管加上正向电压的同时,在门极上加上控制脉冲才能导通,撤去控制脉冲不能关断必需对主电路加上反向电压才能关断,反向电压是必要条件,如果此反向电压源来自变流器外部就叫外部换流,包括:

  反向电压来自交流电网,就叫电网换流;

  反向电压来自负载侧的就叫负载换流,凡是负载电流相位超前于负载电压的容性负载如同步电动机超前cos运行时都可实现负载换流。

  (2) 自换流

  依靠变流器内部的器件进行换流就叫自换流,它包括两类:

  靠全控器件自身,如gto、gtr、igbt等,有控制信号就通,无控制信号就关断,而不论主极上的反向电压是否存在,这种方式也叫器件换流;

  靠半控器件晶闸管及电容器(位于变流器电路内)组成电路实施换流的,这种方式也叫强迫换流。

  对交-直-交变频器来说,外部换流中的电网换流和负载换流自然是分别用于变频器的网侧输入部和靠近负载的输出部的,自换流中的器件换流可同时适用于输入部和输出部,强迫换流自然地只用于输出部变频。

  2.4输出矩形波或pwm波

  (1) 矩形波

  无论是电流源或电压源逆变器,都有一种方案为输出矩形波(或称方波)电流或电压,这是由于波形是用开关频率不高的晶闸管(强迫换流或负载换流)或gto构成,由于矩形波电压与正弦波相差很远,谐波含量高,对电动机很不适用,现在已少采用。输出为矩形波电流时,电机端电压接近正弦波,不过带有换流时的电压毛刺。如图1所示。

  注:图1中所示数值为低压,波形形状亦适用于高压逆变器。

  (2) pwm波

  pwm例如spwm(正弦形脉宽调制)波的包络线,已较靠近正弦波,他抑制了低次的谐波,但仍有由调制引起的高频波,其幅值与中间直流电压相等,但如果采用多电平,其dv/dt值可以成倍数地降低,由于是高频波,要滤波也相对地容易,滤波器体积和重量也都较小。输出pwm波形如图2所示。

  2.5电机控制类型

  (1) 标量控制

  这是基于v/hz原则,即输出电压根据输出频率来控制,为了改善性能,在启动时和在低速时,需要电压有所提升,但不要使电机磁通饱和。标量控制由于控制较简单价格也较低,市面上有称为简易型的就是这一种。它适用于转矩和速度不要求快速响应以及不要求低速特性好的场合,对中、小功率的风机和水泵以及对一台变频器供电给多台电动机也适用。

  (2)矢量控制

  这是基于将电动机电流分解成产生磁通的和产生力矩的两部分而分别对它们进行控制(但需要一个调制器),从而得到更好的静动态性能,克服了标量控制的不足,即适用于要求快的转矩和速度响应和低速性能好的场合。

  (3)直接力矩控制

  种类型控制的变流器含有迥环控制(过程控制技术中通称二位控制),根据电动机的数学模型来直接调节电机的磁通和转矩,用或不用速度反馈信号。有速度反馈信号,可进一步改善调整性能。它的应用范围和矢量控制一样,但它没有速度反馈也有好的性能,内部控制结构相对地较简单和直观。

  2.6 按适用的电动机分类

  (1) 鼠笼电动机

  这是应用最广泛的一种,本文只讨论这一种。

  (2) 同步电动机

  同步电动机可以有很优的功率因数,但它纳入变频调速系统之后,对电力系统而言,功率因数只决定于变频器输入部的性能,而和同步电动机的功率因数高低没有直接关系。如果同步电动机有高的功率因数,在相同的有功负载下,可以降低电流,也就降低了变频器的电流负载,这对于大功率或特大功率而言,也许有可利用的价值。但同步电机还需要复杂的励磁系统,故通常不用同步机。

  (3) 绕线式异步机(转子由变频器馈电)

  虽然变频器装置的功率和转差率s%成正比例,在一定场合可以使装置功率缩小很多,但实用很少,本文也不讨论。

  2.7 旁路与冗余方式[1]

  (1) 整体旁路

  在变频器故障时,变频器退出运行,将电动机改接到工频电力网上,但是要注意电动机在直接启动条件下的承受能力。

  (2) 部分冗余

  变频器设有多重的独立的子系统通道供选择,(有时电动机也有类似的多重通道绕组相配合),在发生变频器部分故障时,可使系统继续运行(有时需要降低功率)。

3 电压源变频器的输入部

  输入部的功能是把交流变成直流,当电机要求4象限运行时,还能把直流逆变成电网工频交流,即把机械能(动能或位能)变成电能再反馈到电网。有下面4种结线方案可以选择:

  3.1 二极管整流

  这种方式只能适用于正反向的电动运行,不能再生发电反馈电能,他的功率因数并不低,但是对电网要发射很大的谐波,原因就是电压源,这对高压或低压变频器的道理都一样,详见文献[8]。

  3.2 二极管整流加上晶闸管逆变器

  这种方式可以实现4象限运行,线路图如图3所示。

  这种线路在电动运行时,是用二极管整流,所以功率因数高,但是在再生发电运行时,特别在低速时,由于晶间管移相关系功率因数低,且高低与速度高低成正相关关系。也可以不设自耦变压器,但功率因数还要低些。这种接线方式不管是电动运行还是发电运行,其谐波量都很大。

  3.3 自换流变流器(矩形波技术)

  在输入部装设一个自换流变流器,如图4所示。

  输入部的变流器即可以将中间部的直流逆变成电网的工频电流形成能量反馈,也可以整流,因而驱动系统可以4象限运行,这种变流器即使不用pwm技术,也可以得到接近1的功率因数(位移因数为1),输入电流中的谐波含量仍然很大。

  3.4 pwm变流器

  常用变频器应用了pwm技术进行逆变,输入部应用pwm技术也可进行整流和逆变,这样双pwm技术变频器可以4象限运行,其功率因数可接近1,它没有低次的特征谐波,但有因pwm而产生的高频波,这些高频波能骚扰甚至损坏电源附近线路上的电子装置,因而必需装设高频滤波装置,这种方案的性能好,但价格高。

  3.5 是否配置输入变压器

  (1) 无输入变压器

  变压器体积大,价位不低,无它当然最好,但变频器直接接入电网,要受到电网的emc(电磁兼容)条件的限制,一般要为滤掉高频波(由pwm技术产生)或低次的特征谐波而装设滤波器或电抗器。装设特征谐波滤波器要对高压系统内的谐波作整体考虑,不可每台变频器配一套滤波器(多处设置滤波器),否则容易滋生谐波振荡。

  (2) 设置输入变压器

  其目的是:

  变频器的输入电压可达到电网电压的6或10kv。

  为了消除低次的特征谐波,有多重二次绕组并有相移,构成多相整流输入。

  可以同时抑制由电网传导过来的各种骚扰(包括雷电浪涌)对变频器的侵害,以及变频器对电网的骚扰和侵害。

4 电压源变频器的中间部

  中间部是在中间直流回路中接入下列部件:

  (1) 对于电压源变频器

  并联接入大电容以平滑直流,如果用不控元件整流,则在电容之前串入小量电感或电阻以抑制接通电源瞬间的电流涌入。

  (2) 对于电流源变频器

  串接入大电感以平滑直流。

  (3) 对于2象限运行变频器

  有时为了快速制动,需要在中间部并入电阻,当断开交流输入的电源后,用电力电子开关快速接通电阻以实现能耗制动。

5 电压源变频器的输出部

  输出部是负载(电动机)侧的变流器,由于市场产品多数是耐压不高的全控型电力电子器件,同时电动机可承受的dv/dt也不高等条件限制,为了越过这些障碍,各个厂家可能提出自己各有特点的方案,但有一个共同的特点,即几乎都采用pwm技术以改善输出电压波形使之接近正弦波。对输出部而言输出的电压系由直流电压而来,如何处理和应用这个直流电压,是区别各个方案的关键。

  5.1 二电平方案

  这就是低压变频器所用方案,将中间部的全部直流电压用pwm技术调制后送给电动机的绕组,因此电动机接受到的电压,或者没有或者有,这个有即直流电压的全部,这就是二电平的含义,其波形参见图2。

  对高压而言,这种方案的特点是将电力电子器件直接串联,因而电路结构简单直观,控制也相对简单,由于串联后承受全部直流电压,理想的通断状态要求串联的几个器件的性能应完全相同。导通关断时要求在某一瞬间同时通与断,否则会因电压分配不均匀而导致器件击穿,一旦先击穿一个,接着便可能损坏一串,这种对器件是理想的状态对电动机却是最不理想的状态,因为电动机要承受最大的dv/dt,看来这是一对不可调和的矛盾,当然降低加到电动机上的dv/dt还有别的办法,即在变频器输出端串入电抗器或滤波器,但这又会带来其它缺点,如增加电能损耗,降低了电动机的端子电压,降低了调速系统的动态性能。处理好这一对矛盾是这一方案倡导者所面对的关键问题。

  5.2 三电平或多电平方案

  这方案的特点是直流电压不是整体地处理,以三电平为例,将直流电压均分成二段,正向接入绕组可分别有三种方式:

  (1) 接入零电位;

  (2) 接入1/2;

  (3) 接入1/2后再接入1/2。

  反向也一样,这样,就有三个电平,即0、1/2和1,结果dv/dt降低了一半,整体输出波形也好些。

  能得到三电平的电路方案有很多,详见文献[9]。与二电平比较除了上述优点之外,电力电子器件承受的正向或反向电压均降低了一半。付出的代价是器件数量增加,电路与控制复杂,输出波形如图5所示。

  还可以设计成多电平(n级电平)方案,中间直流电压幅值以每步电压相对值1/n-l分步接入。自然,其优点更明显,但器件数更多,结构与控制更复杂。为了得到多电平,往往要用到功率电容器元件(有些三电平方案也用),电容器与电力电子器件相比,相对地可能有寿命较短,体积大的缺点。

  5.3 输出电抗器或滤波器

  如果电动机端头的电压和电动机允许接受的电压参数不相匹配时,则要在变频器输出端设置电抗器或滤波器。这些参数包括电压峰值u,dv/dt以及谐波含量,要注意变频器输出端的电压和电动机输入端的电压不是一个概念,例如长的电机电缆有可能使高频电压经过长电缆后使峰值升高至2倍以下。有关输出电抗器或滤波器的外特性见文献[7]。

6 电压源变频器三部的组合

  由输入部、中间部和输出部就可以组合成多种拓扑方案的变频器,当然市面上出现的各厂家产品的方案就是他们认为性价比最优的方案。但不管怎样,除下节所介绍的一种方案之外的任何一种产品都可以分解成三部分,即输入部、中间部和输出部,每一部都可从本文前面3、4、5三节中分别找到相应的方案,从而可了解它们的电气输入和电气输出特性,非常明显的是变频器的电气输入特性只和输入部有关,这些特性例如:谐波、功率因数、高频电压等对电网的影响,而输出特性只和输出部有关,这些特性例如输出电压、电流波形,包括dv/dt等等,上述的相应的关系应该区分明确,不可混淆;例如错误地将输入特性和输出部挂上了钩。至于整个调速传动系统的电气和机械特性,除了包括变频器的三部以外,还应包括电动机、联轴器、减速箱和机械设备负载构成的整体。

7 功率单元串联式多电平变频器特种组合

  和上面3~6节所述的分别由输入部、中间部和输出部三个单独的单元构成整体所组成的变频器不同,本节所介绍的功率单元串联式变频器也由许多单元串联组成,每个单元也都包含了三个部,输入、中间、输出,但为单相式,因而也都实现了输入整流(或者和反馈)以及逆变变频输出的功能。实际上它已是变频单元(通常称为功率单元),但为单相变频低压交流输出,将若干低压单相变频单元串联成高压单相输出再组成三相高压,就成了高压三相变频器,这是目前国内厂家用得最多的一种方案,如图6所示。

  这种方案的独特优点是用一台变压器就能使输入和输出性能同时得到改善。

  (1) 输入性能

  由于输入变压器的付边是多绕组,绕组之间可以移相,这等于是多相(多脉动)整流,使得原边输入电流中低次的特征谐波大为降低(理论上可以消去),例如,若为24脉动整流,则23次以下的谐波大为降低。至于功率因数,则仍然决定于每个小功率单元的输入部采用什么样的方案,本文前面第3节所介绍的输入部的内容完全适用。目前都是二极管整流,则位移因数为1,功率因数可达到0.90以上。

  (2) 输出性能

  输入变压器的付边如有n个绕组,则有n+1个电平输出,使dv/dt值变为二电平的1/n,器件接受的电压也降为1/n,整体波形也进一步接近正弦波,这些优点对任何多电平输出都是一样的。

  (3) 付出的代价

  关键在输入变压器,多重付绕组而且彼此移相使变压器的设计和构造变得复杂,按分析,由于各付绕组相对原边绕组的位置不同,例如付边绕组位于上、中、或下部,位于内层或外层,由于位置不同,耦合的主磁通可能不一样,各绕组的漏磁通自然也不一样,结果各付绕组所感应的电势,它的漏抗都不一样,各付绕组所受的电磁力及散热条件也不同,虽然这对变频器的输出影响不大,即使输入的交流电压不一样,但都整成了直流,可通过电子调节手段,使各相的整体变频输出保持基本上均匀和对称,但上述电磁参数的不一样很可能使三相的各相原边电流的波形和有效值不一样,使非特征谐波量增加,可能对电网带来一些麻烦。当然,这只是一种担心、一种预测,不管怎样,任何一台复杂的输入变压器对任何方案都是一个重的负担。另外,多重次级绕组参数不一致,使调整工作变得复杂,特别是要求4象限运行,输入侧用电网换流时,设计或调试不当,使逆变容易失败。但不管怎样,对二象限运行而言这个方案在当前是一个较好的实用方案。

8 电流源变频器

  目前市场上推出电流源高压变频器只有一家,即美国a-b公司power flex7000型,现结合这一产品介绍电流型变频器的特点。

  8.1 输入部

  可用6脉动或18脉动晶闸管整流,它向电网发出的各次特征谐波量约为1/h=ih/i1(h为谐波次数,i1为基波电流,由负载大小决定;ih为特征谐波中的第h次的谐波电流),比电压源型要小很多。位移因数和晶闸管移相深度有关系,移相角愈大,位移因数愈小,因而总功率因数愈低,不移相则和二极管整流一样,总cos可达0.90以上。采用18脉动整流肯定是需要输入变压器的。输入部若用pwm整流则总cos可接近1,没有低次谐波,只有因pwm技术产生的高频波,需要滤除。输入波形与输出部采用什么拓朴方案没有关系。

  8.2 中间部

  以电抗器对脉动直流进行平波是标志性特点,将电抗器分成两半配置是为了结构方便对称等。

  8.3 输出部

  由于是电流源,采用pwm技术(即csi-pwm技术)可以对直流电流进行调制和换流后成二电平输出。任何电路,总是先改变电压,才能改变电流,电压是因,是源,电流是果,电流源也遵循此规律,之所以称之为电流源,是因为交流变成直流后,紧接着串有直流电抗器,此电抗可贮存电磁能量,因而有延缓电流变化的作用,要使电流改变极性就更不易(也没有必要)。电流源有下述特点:

  (1)由于电流变化相对缓慢,因而它不适用于要求力矩快速变化的负载,例如可逆轧钢机、提升机等,而只适用于力矩缓慢变化的负载,例如风机、水泵等。

  由于电流变化相对缓慢,因而输出部内部或变频后输出侧短路时,短路电流上升率相对较低,因而电子式过流保护易于凑效,电力电子器件不易损坏。

  (2)直流电流经过pwm技术调制后,输出电流理应有很高的di/dt和dv/dt,但因为受到大的等效电源内电抗(直流平波电抗器的电抗)的限制作用,使变频器输出端的di/dt和dv/dt都降低很多,因pwm调制技术而产生的高频波则较容易地由输出端并联的电容器漏掉,输出电缆也有不大的分布相间电容,电缆愈长,效果愈好。因而出现在电机端子上的电压电流波形比较更接近正弦波。

  (3)变频器输出后可用电容滤波,它比串电抗的滤波效果要好,因为后者同时降低了电动机的工频电压因而降低了电机的性能,同时也增加了功率损耗。并联的电容器用于漏掉高频(同时也是换流需要),它不会对电机运行带来不良影响。

  (4) 由于直流电流不反向,只要输入部采用的是半控电力电子器件,例如晶闸管就可实现电能反馈的再生制动,不必为输入部再增加什么部件。

  (5)由于电动机端的电压和电流波形都比较好,因而变频器不必设计成多电平输出,为开发单个的高电压大电流电力电子器件或直接串联开辟了大的应用空间。

  总之,应用pwm技术的电流变频器有其特点,理应可以获得一定的应用前景。文献[11]详细分析了电流型变频器的特点。 

9 如何评价和选择各种高压变频调速系统

  由于功率大,在生产中或节能中有重要作用,一次投资较多,加之产品涉及的技术内含很广,产品的拓扑方案很多且各有特点,目前整个技术都尚在发展中,所以给选型带来困难,本文因此也不可能推荐具体的方案,只能提出一些观点和建议供大家参考和考虑,不对之处请指正。

  9.1 关注整个系统

  整个系统包括了可能有的输入变压器,输入、输出用滤波器、变频器、交流电机以及控制、保护和辅助装置,只有上述各部件彼此的性能协调,才能使整个系统工作良好,不能只关注变频器一个设备。

  9.2产品要满足安全要求

  安全要求包括电气、热与能量方面的,电气方面的指电气故障保护。热量方面的指内部温升和可触及外表的温度,不至于烫伤人或引燃着火等。能量方面的指零件爆炸的可能性及电容器剩余电能伤人等,由于产品是1kv以上高压,能量比低压变频器大得多,因而不能忽视,现iec已有标准[3],预计很快会转化成gb/t12668.5。

  9.3 满足生产工艺机械的控制性能要求

  这是指控制性能的稳态性能、动态性能、过程控制接口性能,例如矿井提升机、轧钢机等都有特殊要求。性能指标包括哪些内容在gb[1]中都有规定。即使是水泵、风机也要个案分析、不可大意。

  9.4 可靠性或可用性要求及其对策[1]

  根据gb[10]的定义,可用性包括了可靠性,为什么却又同时提出不同概念的两个要求呢?按笔者理解,不同的企业、不同的生产机械可能有不同的要求,例如,有些机械要求能在规定的时段内连续正常运行,意外中断运行将有重大损失,这就要求变频器有高的可靠性,有些机械经过开关倒换,将电动机接在公用电网上仍可继续工作,只是浪费电能而已,这种情况下,产品即使可靠性不太高,但是有高的可维修性也是可接受的。当生产工艺要求产品有高的可靠性时,即使价格高,在一定条件下可能也是值得的,困难在于产品标准中并无可靠性指标这一项,订货时用户也无法考察和验证,也许只能根据对厂家声誉的信任度和产品实用效果的调查和评估来决断,在另外的条件下,采用本文2.7节所示的旁路和冗余方式也可能是需要的,总之在这个问题上,对高压变频器要特别认真考虑。

  9.5 对电网的骚扰与对策

  由于高压变频器的功率大,对电网的骚扰影响不能忽略,因此在选择变频器的产品方案时就应仔细作比较:

  (1) 低频谐波的发射

  这决定于产品输入部的结线以及是电压源或电流源,并且要结合电源系统短路容量的大小来考虑,因此它既是产品问题也是工程问题,结合起来考虑,才能获得最优的技术经济方案。以上是对高压变频器接入业主自己的工业电网而言的,因工业电网有单独的谐波标准。如果高压变频器连同其它高压负载接入公用电网,则允许产生的总谐波电流需和电网当局商量。从原则上讲,在输入部拓扑方案相同时,电压源要比电流源变频器的谐波电流大[8]。

  (2) 换流缺口

  主要来源是晶闸管移相控制,由于电源换流而在电源波形上形成换流缺口;某些有源前端(决定于pwm模式)也有可能产生。受害者主要是附近的射频干扰(rfi)滤波器部件。后者可能过载和承受反复的过电压。

  (3) 电压波动

  由变频器所带的负荷频繁变动所引起。

  9.6 对电动机的不良影响

  除非变频器输出电压波形换近正弦波,否则,一定要注意二者之间的配合问题,文献[4]、[5]和[7]中有详细介绍。

  9.7 高压变频器的抗扰度

  高压变频器的抗扰度是有标准[2]规定的,因而它在一定的电能质量指标下的电网内应能正常工作。例如:当高压主电源电压偏离10%超过1min,或在容差带内最大步幅偏离12%时,运行特性应没有明显变化或在容差范围内运行;但是当低于产品额定电压时,输出定额中的某些参数可能降低,例如最大转矩等。而当电压偏离值超过上述水平(分别为10%或12%)时,可能的后果是跳闸或部件损坏(熔断器例外,它是可接受的),如果是部件损坏,供货方应事先加以说明。此外,电网中可能还有很多其他的骚扰如电压换流缺口、谐次、次谐波、电压不平衡、频率变化、高频骚扰、电磁场影响等;而且还要注意低压电网系统中各种骚扰对变频器辅助电源输入端的不良影响,总之要仔细研究厂家的产品资料和有关产品标准[1,2]。

  9.8 变频系统的总电能效率

  因为功率大,总电能效率的差别对节能的影响就不能不引起关注,此外,电能效率对设备的散热冷却,对室内温度的影响,冷却设备的配置设计等等也都要加以考虑。

  9.9 仔细研究产品标准

  变频器(包括1kv以上电压的高压变频器)已有一系列的产品标准(iec和gb),国标gb是iec标准转化而来的,本文很多内容是根据上述标准加上笔者的理解编写而成,虽然标准对某些性能目前暂未作出量化规定,但也提醒了用户要和厂家协商达成协议。高压变频器拓扑方案多,某些产品技术处在发展阶段中,有关基本指标一定要符合产品标准,因而就显得更加重要。本文末附有相关标准,可以查找阅读。

10 结束语

  本文是从工程设计的观点,对高压变频器的外部性能所作的介绍,提出了一些应考虑的问题。因为高压变频器价格高,在生产中又占有重要地位,有关技术问题涉及到很多方面,本文可为读者提供一些参考。

作者:admin 来源:未知 发布于2019-05-30 09:59
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