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电气学院
单元串联高压变频器
来源: 日期:2014年10月30日 09:51 点击数:


   项目名称:单元串联高压变频器

负责人:沈传文

联系电话:029-82667858

E-mail:scw@mail.xjtu.edu.cn

所在学院:电气学院

项目介绍:

近年来,我国年工业生产总值不断提高,但是能耗比却居高不下,高能耗比已成为制约我国经济发展的瓶颈,为此国家投入大量资金支持节能降耗项目,其中高压变频调速技术已越来越广泛的应用在各行各业,它不仅可以改善工艺,延长设备使用寿命,提高工作效率等,最重要的是它可以“节能降耗”,这一点已被广大用户所认可,且深受关注。
变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。

    功率模块结构

    功率模块为基本的交-直-交单相逆变电路,整流侧为二极管三相全桥,通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制,可得到单相交流输出。
    每个功率模块结构及电气性能上完全一致,可以互换。(备件种类单一)


输入侧结构
    输入侧由移相变压器给每个功率模块供电,移相变压器的副边绕组分为三组,根据电压等级和模块串联级数,一般由12、24脉冲系列等构成多级相叠加的整流方式,可以大大改善网侧的电流波形(网侧电压电流谐波指标满足IEEE519-1992和GB/T14549-93的要求)。使其负载下的网侧功率因数接近1,无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低压变频器,便于采用现有的成熟技术。

    输出侧结构



    输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的PWM波形进行重组,可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,对电缆和电机的绝缘无损坏,无须输出滤波器,就可以延长输出电缆长度,可直接用于普通电机。同时,电机的谐波损耗大大减少,消除负载机械轴承和叶片的振动。
    当某一个功率模块出现故障时,通过控制使输出端子短路,可将此单元旁路退出系统,变频器可降额机械运行;由此可避免很多场合下停机造成的损失。

    控制器
    控制器由高速DSP处理器、人机操作界面和PLC共同构成。其中人机操作界面有标准操作面板界面,用户可根据需要进行选择。DSP实现PWM控制。人机操作界面解决高压变频调速系统本身和用户现场接口的问题,提供友好的全中文监控界面,使用方便、快捷,同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理,可以和用户现场灵活接口,满足用户的特殊需要。
    控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术,低压部分和高压部分完全可靠隔离,系统具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁干扰性能,可靠性大大提高。

     6KV系列变频调速

本项目所研制的单元串联高压变频器,所有PCB电路板采用涂层固化处理;正弦滤波器、输出变压器采用整体真空浸渍绝缘漆和喷涂高温防护漆处理,具有较高的绝缘级别和防护能力。系统的参数的输入以及参数的显示都是经过触摸屏控制的,简单易用,清晰明了,智能程度高。控制系统基于DSP和FPGA双芯片控制。数据的传输都是采用光纤,传送数据信息容量大,维护成本低,数据衰减下,数据传输损耗小,抗干扰性强。

现阶段国内多数厂商生产的高压变频器都是采用转速开环恒压频比控制(VVVF)的调速方法。由于缺乏对转矩的有效控制,系统带载能力差,启动转矩小,启动电流较大,尤其在低速时,定子电阻压降和逆变器互锁效应加剧,并可能产生振荡和不稳定现象,因而在高性能的调速场合难于应用,如要求快速或频繁启动和制动的调速场合。采用矢量控制技术,可以克服上述缺点,使高压电机获得优异的稳、动态调速性能,拓展高压变频器的工业应用领域(如矿井提升、机车传动等)。由于矢量控制技术实现的难度,目前高压大功率电机矢量控制的相关产品主要是由国外如罗宾康,西门子,ABB,A-B,ALSTON等公司生产,而国内企业基本上还是以简单的开环控制为主。速度传感器的安装使电机轴向上体积增大,使得维护困难,破坏了感应电机简单坚固的特点,降低了系统的可靠性,增大了系统的成本。无速度传感器矢量控制系统在不增加硬件成本的情况下,使高压电机获得优异的稳、动态调速性能。因此,针对级联式高压变频器,开发相应的无速度传感器矢量控制技术对节约能源,提高国内高压变频器产品的整体性能都具有很重要的意义。

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