中高压变频器的分类和比较
图5 LCI变频器的电压和电流波形
图6 LCI变频器的网侧谐波
其优点是直流转动特性;功率无限制;对电网无短路加载现象;可以四象限运行;包括弱磁部分调速范围可达1:50;即使在低负载率下也有高的效率;免维护(无电刷、无熔断器);对电机绝缘无损害,电缆长度无限制。
其缺点是低速下须采用断流换向;功率因数与转速有关;过载能力差,1.5~2倍。
适用于高速无齿轮传动离心泵(锅炉给水泵)、压缩机、高炉风机、船舶主传动以及同步发电机的起动等场合。
4 GTO(SGCT)电流源型变频器
采用自关断器件GTO(SGCT)的电流源型变频器,直流电路有大电感,可起到保护开关器件的作用,用于异步电机的调速。其功率范围可达1.5~10MW,电压范围可达1.5~6kV,输出频率可达220Hz。电压超过3kV时,功率器件需要串联。
其主电路结构,电压电流波形,网侧功率因数分别如图7、图8、图9所示。
图7 GTO电流源型变频器主电路结构
图8 GTO电流源型变频器的电压、电流波形
图9 GTO电流源型变频器的网侧功率因数
其优点是采用合适的PWM脉冲形式时可得到很低的转矩脉动;输出频率高,可达220Hz;电机的损耗小;可四象限运行;动态性能高;可实现无熔断器设计,可靠性高;对电机绝缘无损害,电缆长度无限制。
其缺点是不宜弱磁运行;功率因数与速度有关,网侧晶闸管整流,输入电流谐波大;会产生较大的共模电压,当没有输入变压器时,共模电压会施加到电动机定子绕组中心点与地之间,影响电动机的绝缘;对电网电压的波动较为敏感,电压下降15%时会保护停机;对电动机的负载特性敏感,现场调试非常麻烦。
适用于水泵(锅炉给水泵)、风机、压缩机等。
5 功率器件串联直接高压二电平电压源型变频器
成都佳灵电气公司经过多年研制,解决了功率器件IGBT的直接串联技术问题,使真正无输入、输出变压器的直接高压变频器成为现实。这不但大大提高了变频器的效率,而且大大减小了变频器的体积和重量。采用抗共模电压技术以取消输入变压器,采用了输出滤波器和优化的PWM波形,大大降低了谐波含量,可使总谐波含量(THD)降低到2%以下。采用二电平逆变,使电路结构和控制简单,缩小了体积,降低了成本。
直接串联高压变频器主电路结构如图10所示。可四象限运行的主电路结构如图11所示。
图10 IGBT直接串联高压变频器主电路结构
图11 可四象限运行的IGBT直接串联高压变频器主电路结构
其优点是结构简单,二电平逆变器技术成熟;效率高,可达98%;动态性能好,过载能力强;可实现四象限运行;对电机绝缘无影响,电缆长度无限制;体积小、重量轻、成本低。
其缺点是无输入变压器,6脉冲整流网侧谐波大,需采用进线电抗器;二电平逆变du/dt大,且输出谐波大,需采用优化的PWM技术及输出滤波器加以解决。
适用于轧机、起重机械、电力机车牵引、船舶主传动、风机、水泵和压缩机等。
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