時間:2024-05-27 16:54:22來源:OFweek工控網(wǎng)
高壓變頻器的種類繁多,其分類方法也多種多樣。按著中間環(huán)節(jié)有無直流部分,可分為交交變頻器和交直交變頻器;按著直流部分的性質(zhì),可分為電流型和電壓型變頻器;按著有無中間低壓回路,可分為高高變頻器和高低高變頻器;按著輸出電平數(shù),可分為兩電平、三電平、五電平及多電平變頻器;按著電壓等級和用途,可分為通用變頻器和高壓變頻器;按著嵌位方式,可分為二極管嵌位型和電容嵌位型變頻器等等。
電流型高壓變頻器
由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電感元件而得名,其優(yōu)點是具有四象限運行能力,能很方便地實現(xiàn)電機的制動功能。缺點是需要對逆變橋進行強迫換流,裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)整較為困難。另外,由于電網(wǎng)側(cè)采用可控硅移相整流,故輸入電流諧波較大,容量大時對電網(wǎng)會有一定的影響。
高壓型變頻器
由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電容元件而得名,隨著技術(shù)的進步,高壓變頻器可以實現(xiàn)四象限運行,也能實現(xiàn)矢量控制,已經(jīng)成為當(dāng)前傳動系統(tǒng)調(diào)速的主流產(chǎn)品。
高低高型變頻器
采用升降壓的辦法,將低壓或通用變頻器應(yīng)用在中、高壓環(huán)境中而得名。原理是通過降壓變壓器,將電網(wǎng)電壓降到低壓變頻器額定或允許的電壓輸入范圍內(nèi),經(jīng)變頻器的變換形成頻率和幅度都可變的交流電,再經(jīng)過升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。
這種方式,由于采用標準的低壓變頻器,配合降壓,升壓變壓器,故可以任意匹配電網(wǎng)及電動機的電壓等級,容量小的時候(<500KW)改造成本較直接高壓變頻器低。缺點是升降壓變壓器體積大,比較笨重,頻率范圍易受變壓器的影響,還有就是由于引入了變壓器使得系統(tǒng)效率比較低。
一般高低高變頻器可分為電流型和電壓型兩種。
高電流型變頻器
電路拓撲結(jié)構(gòu)在低壓變頻器的直流環(huán)節(jié)由于采用了電感元件而得名。輸入側(cè)采用可控硅移相控制整流,控制電動機的電流,輸出側(cè)為強迫換流方式,控制電動機的頻率和相位。能夠?qū)崿F(xiàn)電機的四象限運行。
高電壓型變頻器
前段引入降壓變壓器,將電網(wǎng)降壓,然后連接低壓變頻器。低壓變頻器輸入側(cè)可采用可控硅移相控制整流,也可以采用二極管三相橋直接整流,中間直流部分采用電容平波并儲能。逆變或變流電路常采用 IGBT元件,通過SPWM變換,即可得到頻率和幅度都可變的交流電,再經(jīng)升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。需要指出的是,在變流電路至升壓變壓器之間還需要置入正弦波濾波器(F),否則升壓變壓器會因輸入諧波或dv/dt過大而發(fā)熱,或破壞繞組的絕緣。該正弦波濾波器成本很高,一般相當(dāng)于低壓變頻器的1/3到1/2的價格。
高高變頻變頻器
高高變頻器無需升降壓變壓器,功率器件在電網(wǎng)與電動機之間直接構(gòu)建變換器。由于功率器件耐壓問題難于解決,目前最直接的做法是采用器件串聯(lián)的辦法來提高電壓等級,其缺點是需要解決器件均壓和緩沖難題,技術(shù)復(fù)雜,難度大。但這種變頻器由于沒有升降壓變壓器,故其效率較高低高方式的高,而且結(jié)構(gòu)比較緊湊。
高高電流變頻器
它采用GTO,SCR或IGCT元件串聯(lián)的辦法實現(xiàn)直接的高壓變頻,電壓可達10KV。由于直流環(huán)節(jié)使用了電感元件,其對電流不夠敏感,因此不容易發(fā)生過流故障,逆變器工作也很可靠,保護性能良好。其輸入側(cè)采用可控硅相控整流,輸入電流諧波較大。變頻裝置容量大時要考慮對電網(wǎng)的污染和對通信電子設(shè)備的干擾問題。均壓和緩沖電路,技術(shù)復(fù)雜,成本高。由于器件較多,裝置體積大,調(diào)整和維修都比較困難。逆變橋采用強迫換流,發(fā)熱量也比較大,需要解決器件的散熱問題。其優(yōu)點在于具有四象限運行能力,可以制動。
需要特別說明的是,該類變頻器由于較低的輸入功率因數(shù)和較高的輸入輸出諧波,故需要在其輸入輸出側(cè)安裝高壓自愈電容。
高高電壓變頻器
電路結(jié)構(gòu)采用IGBT 直接串聯(lián)技術(shù),也叫直接器件串聯(lián)型高壓變頻器。其在直流環(huán)節(jié)使用高壓電容進行濾波和儲能,輸出電壓可達13.8KV,其優(yōu)點是可以采用較低耐壓的功率器件,串聯(lián)橋臂上的所有IGBT作用相同,能夠?qū)崿F(xiàn)互為備用,或者進行冗余設(shè)計。缺點是電平數(shù)較低,僅為兩電平,輸出電壓dV/dt也較大,需要采用特種電動機或加裝共模電壓濾波器和高壓正弦波濾波器,其成本會增加許多。由于它與低壓變頻器有著一樣的拓撲結(jié)構(gòu),因此它像低壓變頻器一樣具有四象限運行功能,也可以實現(xiàn)矢量控制。
這種變頻器同樣需要解決器件的均壓問題,一般需特殊設(shè)計驅(qū)動電路和緩沖電路。對于IGBT驅(qū)動電路的延時也有極其苛刻的要求。一旦IGBT的開通、關(guān)閉的時間不一致,或者上升、下降沿的斜率相差太懸殊,均會造成功率器件的損壞.
嵌位型變頻器
鉗位型變頻器一般可分為二極管鉗位型和電容鉗位型。
二極管型變頻器
它既可以實現(xiàn)二極管中點嵌位,也可以實現(xiàn)三電平或更多電平的輸出,其技術(shù)難度較直接器件串聯(lián)型變頻器低。由于直流環(huán)節(jié)采用了電容元件,因此它仍屬于電壓型變頻器。這種變頻器需要設(shè)置輸入變壓器,它的作用是隔離與星角變換,能夠?qū)崿F(xiàn)12脈沖整流,并提供中間嵌位零電平。通過輔助二極管將IGBT等功率器件強行嵌位于中間零電平上,從而使IGBT兩端不會因過壓而燒毀,又實現(xiàn)了多電平的輸出。
這種變頻器結(jié)構(gòu),輸出可以不安裝正弦波濾波器。但是由于采用了變壓器,成本上有所增加。
電容型變頻器
它采用同橋臂增設(shè)懸浮電容的辦法實現(xiàn)了功率器件的嵌位,這種變頻器應(yīng)用的比較少。
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