中高壓變頻器的分類和比較
6 三電平電壓源型變頻器
采用高壓HV-IGBT或IGCT的三電平電壓源型變頻器,功率范圍可達(dá)9100kVA,電壓范圍可達(dá)6600V,輸出頻率可達(dá)150Hz。
HV-IGBT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)如圖12所示。IGCT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)如圖13所示。三電平電壓源型變頻器的電壓電流波形如圖14所示。
圖12 HV-IGBT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)
圖13 IGCT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)
(a) 無輸出濾波器
(b) 有輸出濾波器
圖14 三電平電壓源型變頻器的電壓電流波形
其優(yōu)點是效率高,輸出頻率高;動態(tài)性能好,過載能力強(qiáng);轉(zhuǎn)矩脈動小,電機(jī)噪聲小;網(wǎng)側(cè)配置多樣化,可實現(xiàn)12、18或24脈沖整流,以減少網(wǎng)側(cè)諧波;直流進(jìn)線可配制動電阻;對電機(jī)絕緣無影響,輸出電纜長度無限制;與基波一致的功率因數(shù);高可靠的無熔斷器設(shè)計。
其缺點是不可控二級管整流器,單象限運行,要四象限運行需采取額外的措施;如果采用GTO或IGCT器件,需要復(fù)雜的緩沖電路;直流環(huán)節(jié)需扼流圍,并需要輸出濾波器;GTO或IGCT需要復(fù)雜的門極觸發(fā)電路。
適用于風(fēng)機(jī)水泵、傳送帶驅(qū)動、礦石粉碎機(jī)、軋機(jī)、擠壓機(jī)、窯傳動等。
7 采用低壓LV-IGBT的單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器
其功率范圍可達(dá)3~220MW,電壓范圍可達(dá)10kV。單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)如圖15所示。變頻器元器件數(shù)量見表1所列。
圖15 單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器電路結(jié)構(gòu)
表1 變頻器元器件數(shù)量 只
元器件名稱 | 3.3kV/2MW | 6.6kV/2MW |
---|---|---|
電容器 | 180 | 270 |
IGBT | 240 | 360 |
二極管 | 72 | 108 |
熔斷器 | 36 | 54 |
其優(yōu)點是極低的輸出諧波含量,在無輸出濾波器的情況下,可使THD0.3%,堪稱“完善無諧波”變頻器;極低的轉(zhuǎn)矩紋波和電機(jī)噪聲;功率因數(shù)可達(dá)0.95;對電機(jī)絕緣無損害,電纜長度無限制;便于冗余設(shè)計。
其缺點是只能單象限運行;不能進(jìn)行旁路切換;不能實現(xiàn)無熔斷器設(shè)計;體積大,笨重;元器件非常多,因而可靠性差;電容器多,易發(fā)生漏電問題;功率節(jié)點多,增加連接難題;多電平結(jié)構(gòu)的變壓器必須和變頻器集成在一起,使電氣室的空間和散熱成為問題;考慮空間要求時,大容量裝置只能采用水冷方式。
適用于風(fēng)機(jī)水泵。
8 各種類型變頻器的比較
各種類型變頻器的比較見表2所列。
表2 高壓變頻傳動系統(tǒng)選型表
變頻器類型 | 交—交 | 負(fù)載換流(LCI) | 電流源(CSI) | 電壓源(VSI) |
---|---|---|---|---|
功率器件 | 晶閘管 | 晶閘管 | GTO | HV-IGBT* |
功率范圍/MW | 1.5~∝ | 2.5~∝ | 1.5~10 | 0~7 |
最高轉(zhuǎn)速r/min | 500 | 7000 | 12000 | 6000 |
最低轉(zhuǎn)速/額定轉(zhuǎn)速 | 0 | 0.1 | 0.1 | 0 |
動態(tài)響應(yīng)能力 | ++ | O | + | ++ |
電網(wǎng)適應(yīng)能力 | ++ | ++ | ++ | O** |
網(wǎng)側(cè)諧波 | - | O | O | + |
網(wǎng)側(cè)功率因數(shù) | - | O | O | + |
轉(zhuǎn)矩紋波 | ++ | + | ++ | ++ |
效率 | ++ | ++ | O | + |
+:好;++:極好;O:不滿意;-:差;--:很差。
9 結(jié)語
高壓變頻技術(shù)正處于發(fā)展階段,還沒有達(dá)到像低壓變頻器那樣成熟。限于功率器件的特性和具體拖動系統(tǒng)的要求,而開發(fā)出了各種類型的變頻器,它們各有其優(yōu)缺點,不能一概而論哪一種變頻器好與不好。選型時應(yīng)根據(jù)供電電網(wǎng)及拖動對象的特點來定,不必一味追求某種指標(biāo)。如起重設(shè)備、機(jī)車牽引、船舶主傳動要選用可四象限運行的變頻器;對于軋鋼機(jī)則要選擇動態(tài)響應(yīng)能力好和過載能力強(qiáng)的變頻器;對于低速運行的設(shè)備可選用交—交變頻器;而對于高速運行的設(shè)備則可選用負(fù)載換流加同步電機(jī)的方式,或者選用電流源型變頻器。單元串聯(lián)多電平變頻器只能用在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能的場合。
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