變頻器/電力電子/電機(jī)原理及基礎(chǔ)-VFD，VSD，VVVF

一種控制交流電機(jī)的裝置.它將固定電壓，固定頻率的電源轉(zhuǎn)換為電壓可變，頻率可變的電源，從而調(diào)節(jié)被驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。VFD控制對象為通用交流電機(jī)，包括異步電機(jī)和同步電機(jī)。VFD可實現(xiàn)節(jié)能，降低用戶運(yùn)行成本。

能改善工藝，提高生產(chǎn)效率降低設(shè)備磨損，減少機(jī)械設(shè)備維護(hù)量實現(xiàn)自動控制VFD可以替代其它更貴或效率低下的調(diào)速設(shè)備(如直流傳動，滑差電機(jī)，串級調(diào)速，液力偶合器等），實現(xiàn)更高的性價比變頻器的優(yōu)點泵特性曲線速度1工作點泵特性曲線速度2PQQ1Q2P1P2調(diào)節(jié)電機(jī)速度來調(diào)節(jié)風(fēng)量時的曲線1、運(yùn)行壓力或風(fēng)量等工藝參數(shù)更平穩(wěn)。2、被控量調(diào)節(jié)更及時，準(zhǔn)確，易構(gòu)成自動控制。二、改善工藝1、能實現(xiàn)軟起動，電機(jī)起動電流被限制在額定電流附近，消除起動過程對電機(jī)和機(jī)械負(fù)載的沖擊2、機(jī)械轉(zhuǎn)速降低，有效降低機(jī)械磨損，降低維護(hù)量三、延長電機(jī)，機(jī)械壽命，降低維護(hù)成本火力發(fā)電-送風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，循環(huán)水泵，冷凝泵，給水泵，灰漿泵等。水和污水-取水泵，配水泵，污水泵石化-風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)，油泵。鋼鐵-焦?fàn)t鼓風(fēng)，轉(zhuǎn)爐除塵風(fēng)機(jī)，水泵。石油、天然氣-注水泵，輸油泵，電潛泵，壓縮機(jī)。應(yīng)用范圍電力油氣及石化水處理鋼鐵其它變頻調(diào)速原理改變電機(jī)的極對數(shù)。改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速定子調(diào)壓調(diào)速電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速轉(zhuǎn)子串級調(diào)速

改變電機(jī)的頻率。電機(jī)調(diào)速分類變頻調(diào)速基本原理E=4.44f1KN?f1-電機(jī)頻率。N-每相繞組匝數(shù)?-電機(jī)氣隙磁通K-與繞組有關(guān)的常數(shù)Ф=E/(4.44*K*N*f1)=KФ*(E/f1)VVVF-變壓變頻同時進(jìn)行是電機(jī)正常運(yùn)行的需要VF曲線Uff0un通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)整流器中間直流環(huán)節(jié)逆變器控制電路整流器逆變器電動機(jī)直流環(huán)節(jié)控制電路ACDCAC整流器三相全波橋式二極管整流效率高，成本低，控制簡單斬控式整流器（PWM整流器）效率高，功率因素可調(diào)，能量可回饋電網(wǎng)六脈波整流電路直流環(huán)節(jié)也稱濾波或儲能環(huán)節(jié)由電感或電容組成用于負(fù)載與整流器之間的無功功率的緩沖電容電感當(dāng)K1、K2同時閉合時，電機(jī)上的電壓為A點高，B點低；K3、K4同時閉合時，則電機(jī)上的電壓為A點低B點高。這樣和連續(xù)不斷地交替開合，在電機(jī)兩端就形成了一交變電壓，也就是交流電。PWM-Pulsewidthmodulation脈沖寬度調(diào)制-通過控制電力電子器件的通、斷時間及通斷次序?qū)⒅绷麟妷恨D(zhuǎn)換為系列寬度不一的矩形脈沖電壓，達(dá)到等同交流輸出的效果PWM的類型-

SPWM-正弦波PWM

優(yōu)化PWM-SVPWM，SAPWM，SHE（指定諧波消除）PWMPWM技術(shù)電力電子技術(shù)IGBT

絕緣柵型雙極晶體管。是一種廣泛應(yīng)用于變頻器中的電壓控制型全控器件，開關(guān)速度高，電壓，電流等級已超過BJTIGCT（SGCT）門極換流晶閘管，是一種新型的電力電子器件，其突出優(yōu)點是耐壓高，電流大，開關(guān)速度高，缺點是驅(qū)動復(fù)雜，成本高GEC高壓大功率變頻器用電力電子器件

Device

TypeBlockingVoltageMaximumCurrent

usec

TOffPeakGate

Power

"ON"VoltageCost

Diode70001000050

N/A1.0LowThyristor70001000010-300

2W1.25Low

GTO6000300010-50

12kW2.5HighTransistor14001200

3-5

20W2.5Med

IGBT330018000.5

3W2.5MedI/SGCT60003000

1

45kW2.0Med按主回路結(jié)構(gòu)形式：電流源型電壓源型

按控制方式分：U/F控制轉(zhuǎn)差頻率控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制

變頻器的分類按高壓輸出方式分：直接高壓輸出型高-低-高型

高壓變頻器的分類變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般都由三部分組成: 整流電路:ACtoDC; 中間直流環(huán)節(jié):濾波和能量儲存; 逆變器:DCtoAC.輸出的電壓(電流)和頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制AC-DCConversionDC-ACConversionDCLinkACInput;fixedFrequency,fixedVoltageACOutput;variableFrequency,variableVoltageMotorCapacitororInductorRectifier電抗器濾波Inverter電流源型Rectifier電容濾波Inverter電壓源型高壓大功率的性能指標(biāo)高壓大功率的性能指標(biāo)之一輸入諧波3xxFundamenta基波3rdHarmonic3次諧波諧波的概念加入5次諧波300Hz高壓變頻器輸入整流環(huán)節(jié)都為非線性的，會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波，其輸入諧波的幅值與變頻器整流環(huán)節(jié)的脈沖數(shù)(多重化的次數(shù))密切相關(guān)諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。諧波影響各種電器設(shè)備的正常工作。諧波對電機(jī)的影響除引起附加損耗外，還會產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使危害加劇，甚至引起嚴(yán)重事故。諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并會使電器測量儀表計量不準(zhǔn)確。諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。諧波有哪些危害IEEE519-1992國際標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93國家標(biāo)準(zhǔn)輸入諧波的標(biāo)準(zhǔn)IEEE519Table10.3

CurrentDistortionLimitsforGeneralDistributionSystems

美國IEEE519對電流失真的限制要求Isc/Il<11(5,7)11<=h<17(11,13)17<=h<23(17,19)23<=h<35(23,31)35<=h(35up)TDD<204.02.01.50.60.35.020<507.03.52.51.00.58.050<10010.04.54.01.50.712.0100<100012.05.55.02.01.015.0>100015.07.06.02.51.420.0減少輸入諧波的有效措施是將輸入變壓器進(jìn)行多重化設(shè)計形成多脈沖整流從理論上可以推導(dǎo)出下列結(jié)論：12脈沖整流：11次以下諧波自動抵銷18脈沖整流：17次以下諧波自動抵銷24脈沖整流：23次以下諧波自動抵銷30脈沖整流：29次以下諧波自動抵銷36脈沖整流：35次以下諧波自動抵銷而諧波的幅值與次數(shù)是成反比的。完美無諧波高壓變頻器采取多重化有效消除輸入諧波。以6KV變頻器為例，變壓器的18個二次繞組，采用延變?nèi)切温?lián)結(jié)，分成6個不同的相位組，互差10度電角度，形成36脈波的二極管整流電路結(jié)構(gòu)。消除輸入諧波的有效方法K=N*P±1N為整數(shù)6脈沖二極管整流電路電路簡單,可靠輸出直流電壓VDC=3/p*Vllpk通常用在PWM電壓源型變頻器中6脈沖二極管整流電路輸入電流12脈沖二極管整流電路12脈沖二極管整流電路輸入電流二極管整流電路輸入電流諧波分析晶閘管可控整流電路輸出直流電流可調(diào)廣泛用于電流源型變頻器技術(shù)成熟,可靠六脈沖晶閘管整流電路輸入電流12脈沖晶閘管整流電路12脈沖晶閘管整流電路輸入電流晶閘管整流電路輸入電流諧波分析不同整流結(jié)構(gòu)輸入電流諧波失真比較6脈沖電壓源加2.5%LR40%6脈沖電流源加2.5%LR30%12脈沖電流源加5%LR15%12脈沖電壓源加5%LR9%18脈沖電流源輸入4%~5%單元串聯(lián)多電平變頻器(5cells/phase)<2%晶閘管整流電路輸入功率因數(shù)(離心負(fù)載)逆變器GTO/SGCT電流源型逆變器NPC:中心點箝位式(三點式)電壓源型逆變器(IGBT/IGCT)單元串聯(lián)多電平移相式PWM電壓源型逆變器(IGBT)SGCT電流源型逆變器SGCT電流源型逆變器輸出波形CurrentVoltageIGCT-NPC變頻器NPC逆變器輸出波形POWERCELLB1POWERCELLA1POWERCELLC1POWERCELLA2POWERCELLB2POWERCELLC2POWERCELLC3POWERCELLB3POWERCELLA3高壓電機(jī)CENTRALCONTROLSYSTEMTYPICALPOWERCELLLOCALCONTROLS三相高壓輸入三相變壓變頻高壓輸出FIBEROPTICS集成一體式變壓器CellseriesMulti-levelPWM輸入波形輸出