变频调速技术方案

变频调速技术方案

　　变频调速一般有以下3种方案可以实施应用：①高一高方式，即采用10kv（6kv）电压等级的变频器，直接由电网l0kV（6kV）供电，电机选用高压电机；②高一低一高方式，就是先将高压电源变成低压电源．采用低压变频器变频后再升压．电机选用高压电机；③高一低方式，就是用一台单独的变压器，将l0kV（6kv）高压降至380V，采用低压变频器，用低压电动机。

　　对比3个方案．使用高一高变频器．在变频器故障时可以直接启动．有定型产品．性能良好，稳定可靠，但费用较高：高一低一高方式无定型产品．要重新设计电路，电路烦琐庞大．要增加两台变压器．费用也较高；高一低方式中变频器直接使用低压电源，需要设一台降压变压器当降压变压器的容量比较小时，在变频器故障后，电机不能直接启动。如果降压变压器容量过大．会增加增容费用同时变压器还有一定的电能损耗从经济的角度出发．对于800～1000kW以上的风机、水泵等电机．建议采用6kv或10kV直接高一高方式的高压变频器：对于40O～800kW的电机．建议采用6kV／660v进线变压器、660V高压变频器及660V电动机：对于400kW以下的电动机．宜采用高一低方案．即采用6kV／380V降压变压器．380V级变频器及380V电动机.在某企业工程中，S0风机为l400kW．电网电压为10kV，综合比较，选择了直接高一高变频调速方案为了充分保证系统的可靠性．变频器同时加装工频旁路装置。变频器异常，不能正常运行时．电机可以自动切换到工频运行状态下运行．以保证生产的需要．其一次系统接线图见图1。

　　QF为用户侧高压开关柜内断路器，K1、K2、K3为同一柜内真空接触器；QS1、QS2为同一柜内隔离开关，与变频器配套提供。K2、K1电气互锁，以防止高压工频电反送人高压变频器。

　　在变频运行时，手动合隔离开关OS1、OS2，此时高压变频器输出开关接点允许用断路器QF合闸。QF合闸后，在DCS（或PLC）上可启动高压变频器，高压变频装置自动合K1、K2真空接触器。

　　当高压变频装置本体故障（如每相故障单元数大于2、高压变频器功率单元超温、散热冷却风机故障），高压变频器自动分开K1、K2，待电机电压衰减到额定电压的1O％左右，延时合K3高压变频装置自动切换到工频继续运行．以提高系统的可靠性变频到工频切换大约在3s以内完成。

　　当高压变频器检测到电机故障（如三相电流不平衡、三相电压不平衡、过流、过载），高压变频器自动封锁脉冲停止输出，并跳开真空接触器K1、K2、K3，同时输出跳闸接点用于跳开断路器QF。

　　高压变频器技术特点

　　目前高压变频器的主电路拓扑方面主要有3电平（或更多电平）电压型高压变频器和单元串联多电平电压型高压变频器。罗宾康HARMONY系列、国产高压变频器多采用单元串联多电平电压型高压变频器，现以其为例．阐述高压变频器技术特点变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成[1]。

　　（1）系统结构：高压变频调速系统的结构见图2，由移相变压器、功率单元和控制器组成。如：10kV系列有24个功率单元．每8个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致，可以互换。其电路结构见图3，其为基本的交一直一交单相逆变电路．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。

　　（2）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3组，根据电压等级和模块串联级数，一般由24脉冲系列、3O脉冲系列、42脉冲系列、48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IEEE519一l992和GBT/14549-93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．类似于常规低压变频器．便于采用现有的成熟技术。

　　（3）输出侧结构：输出侧由每个功率模块的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．变频器可降额运行．由此可避免很多场合下停机造成的损失。

　　（4）控制器：控制器由高速单片机、嵌入式人机界面和PLC共同构成单片机实现PWM控制、嵌人式人机界面提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面．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。