高压变频器结构原理课件.ppt

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1、 主讲主讲 王兆义王兆义 主办单位：主办单位：新疆博识通咨询有限公司新疆博识通咨询有限公司 中国工业自动化培训网中国工业自动化培训网1第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析一、本章基本内容：一、本章基本内容：1.高压变频器的电压等级高压变频器的电压等级包括：电压分类、中高压的电压级别包括：电压分类、中高压的电压级别2.常用高压变频器的电路结构常用高压变频器的电路结构包括：功率单元串联高压变频器、三电平高压变包括：功率单元串联高压变频器、三电平高压变频器、直接高压变频器、交频器、直接高压变频器、交交高压变频器交高压变频器二、要解决的问题二、要解决的问题 解决高压变频器主电路的拓补结构和工作

2、原理，解决高压变频器主电路的拓补结构和工作原理，为应用打基础。为应用打基础。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.1高压变频器分类高压变频器分类按照我国电压的划分：低于按照我国电压的划分：低于1kV，称为低压；大于，称为低压；大于lkV、小于小于10kV,称为中压，称为中压，10kV以上，称为高压。以上，称为高压。我国在工、民、建等方面常用的电压等级为：我国在工、民、建等方面常用的电压等级为：220V、380V、3KV、6KV、10KV；在煤炭、石油、各种矿床的开采业中，除了上述电压等级在煤炭、石油、各种矿床的开采业中，除了上述电压等级之外，还有如下电压等级：之外，还有如下电压等级：

3、550V、690V（660V）、）、850V、1140V、1700V.变频器在不同的应用领域，也就具有不同的电压等级。变频器在不同的应用领域，也就具有不同的电压等级。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析 我们习惯上把额定电压为我们习惯上把额定电压为6kV或或3kV的电动机称为的电动机称为“高压高压电动机电动机”。在变频器的结构上，当电压超过了在变频器的结构上，当电压超过了3KV，因为受功率器件，因为受功率器件的耐压限制，不得不通过器件的串联等手段来应对高电压，的耐压限制，不得不通过器件的串联等手段来应对高电压，所以所以3KVlOkV的变频器在结构上就没有本质区别，人的变频器在结构上就没

4、有本质区别，人们习惯上将它们就统称为高压变频器。们习惯上将它们就统称为高压变频器。高压变频器为了解决耐压问题，提出了很多解决方案，使高压变频器为了解决耐压问题，提出了很多解决方案，使主电路有多种拓补结构。人们以拓补结构来命名变频器的主电路有多种拓补结构。人们以拓补结构来命名变频器的名称（如三电平、功率单元串联、直接串联等）。名称（如三电平、功率单元串联、直接串联等）。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2 功率单元串联高压变频器功率单元串联高压变频器2.2.1 移相变压器移相变压器1.输出绕组采用输出绕组采用延边三角型延边三角型连接，使每组的相角不同，连接，使每组的相角不同，使不连

5、续的整使不连续的整流电流互补，连续起来流电流互补，连续起来。解决整流造成的传导干扰问题。解决整流造成的传导干扰问题。2.输出多组低电压供功率单元串联，解决管子耐压不够问题。输出多组低电压供功率单元串联，解决管子耐压不够问题。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析3.延边变压器原理延边变压器原理将二次绕组先作三角型联接，然后在每个输出端串联上一个绕组，上将二次绕组先作三角型联接，然后在每个输出端串联上一个绕组，上图为逆延联接，串联绕组和三角型联接绕组同相位（见图图为逆延联接，串联绕组和三角型联接绕组同相位（见图Ua1、Ua2）。）。由图可见，由图可见，改变串联绕组改变串联绕组和三角型联接绕

6、组和三角型联接绕组电压的大小，可改变电压的大小，可改变的大的大小小。通过逆延或顺延的联接方法，可得到。通过逆延或顺延的联接方法，可得到 相移。相移。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析多移相绕组反射到初级的电流波形多移相绕组反射到初级的电流波形第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2.2 功率单元串联功率单元串联为了解决输出高压问题，将多个功率单元串联，根据不同为了解决输出高压问题，将多个功率单元串联，根据不同输出电压的要求，选择串联的级数。该变频器由输出电压的要求，选择串联的级数。该变频器由5个耐压个耐压为为690V的功率单元组成的功率单元组成6KV变频器，相电压为变频器，

7、相电压为690V5=3450V，线电压为：，线电压为：第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2.3 功率单元和旁路电路功率单元和旁路电路功率单元为三相输入、单相输出的交功率单元为三相输入、单相输出的交直直交交PWM型变型变频结构。将相邻功率单元的输出端串接起来，形成频结构。将相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y联结联结结构，实现变频的高压直接输出，供给高压电动机。结构，实现变频的高压直接输出，供给高压电动机。旁路电路是当功率单元失效后，自动将其短路，保证变频旁路电路是当功率单元失效后，自动将其短路，保证变频器不间断工作。器不间断工作。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析采用功

8、率单元串联的形式，因为每个单元上加的采用功率单元串联的形式，因为每个单元上加的是自己的一组电压，当工作中出现了开通延时，是自己的一组电压，当工作中出现了开通延时，也不会出现过压问题，这是该电路的特点之一。也不会出现过压问题，这是该电路的特点之一。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析1.功率单元工作原理功率单元工作原理1）整流）整流将交流电变为直流电的过程叫做整流。将交流电变为直流电的过程叫做整流。VD1VD6整流整流二极管，完成将交流电整成直流电的工作。二极管，完成将交流电整成直流电的工作。整流原理：整流原理：第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2）整流波形图）整流波形图结论：

9、结论：a.相电流不连续相电流不连续b.整流电压最大值为整流电压最大值为c.每个周期有每个周期有6个波峰，电压较平滑。个波峰，电压较平滑。d.整流电流不连续，本机通过移相整流来解决，其他机型通过星、角整流电流不连续，本机通过移相整流来解决，其他机型通过星、角联接、加入电抗器的方法等来消除。联接、加入电抗器的方法等来消除。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析3）开关电路）开关电路T1和和T2、T3和和T4交替工作，当交替工作，当T1导通时，导通时，T4导通；当导通；当T3导通导通时，时，T2导通。如果该单元出现了问题，晶闸管导通。如果该单元出现了问题，晶闸管T导通，导通，L1、L2两两端短

10、路。该单元被旁路。端短路。该单元被旁路。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2.4 输出波形输出波形逆变器输出采用多电平移相式逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各功率单元单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各功率单元的载波之间互相错开一定角度，实现多电平的载波之间互相错开一定角度，实现多电平PWM，输出，输出电压非常接近正弦波（输出电压非常接近正弦波（输出PWM波如图所示）。波如图所示）。该变频器由于输入输出波形好，被人们称为该变频器由于输入输出波形好，被人们称为“完美无谐波完美无谐波变频器变频器”，有的

11、资料中也称为绿色变频器，有的资料中也称为绿色变频器。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析该变频器由于采用了低压该变频器由于采用了低压IGBT，成本较低。，成本较低。6000V变变频器要用频器要用90只二极管，只二极管，60只只IGBT，设备体积大。，设备体积大。该变频器因为用二极管整流，不能该变频器因为用二极管整流，不能4象限运行，只能用在象限运行，只能用在风机、水泵等简单负载。风机、水泵等简单负载。如果整流部分采用回馈整流电路，可以用于轧钢升降等具如果整流部分采用回馈整流电路，可以用于轧钢升降等具有回馈电能的场合，但成本大大增加。有回馈电能的场合，但成本大大增加。该变频器由美国罗宾康

12、公司研制，因为只申请了美国专利，该变频器由美国罗宾康公司研制，因为只申请了美国专利，技术已经公开，我国利德华福、北京合康、山东风光、英技术已经公开，我国利德华福、北京合康、山东风光、英威腾等很多厂家都在生产。威腾等很多厂家都在生产。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2.5 具有回馈功能的功率单元串联高压变频器具有回馈功能的功率单元串联高压变频器1.电路电路为了电能回馈，整流电路由三相变为单相，变压器的结构为了电能回馈，整流电路由三相变为单相，变压器的结构简化。回馈电路采用和逆变电路相同的结构，并在输入端简化。回馈电路采用和逆变电路相同的结构，并在输入端串入储能电感串入储能电感L。

13、该回馈电路在整流过程中，采用该回馈电路在整流过程中，采用PWM整流方式，可以使整流方式，可以使输入电流连续，消除对电网的传导干扰。因此，变压器可输入电流连续，消除对电网的传导干扰。因此，变压器可以不用移相结构。以不用移相结构。功率单元功率单元第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.连接连接连接电路如下图，由图中可见，加在每个单元上的电压为连接电路如下图，由图中可见，加在每个单元上的电压为单相，变压器不强调绕组移相。单相，变压器不强调绕组移相。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析3.应用应用该变频器通过增加回馈功能，可以四象限运行，适应工作该变频器通过增加回馈功能，可以四象限运行

14、，适应工作在具有大量回馈电能的场合。但通过增加回馈功能，又抵在具有大量回馈电能的场合。但通过增加回馈功能，又抵消了原来变频器的优点，所以该变频器一般应用在没有回消了原来变频器的优点，所以该变频器一般应用在没有回馈电能的场合。馈电能的场合。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2.5 变频器的应用范围变频器的应用范围在没有回馈电路情况下，即不能在没有回馈电路情况下，即不能4象限工作。当产生小能象限工作。当产生小能量的回馈电能时，可以采用制动电阻来处理。该变频器主量的回馈电能时，可以采用制动电阻来处理。该变频器主要用途：要用途：火力发电：火力发电：引风机、送风机、吸尘风机、压缩机、排污泵

15、、引风机、送风机、吸尘风机、压缩机、排污泵、锅炉给水泵、灰浆泵等；锅炉给水泵、灰浆泵等；冶金行业：冶金行业：引风机、吸尘风机、通风风机、泥浆泵、除垢引风机、吸尘风机、通风风机、泥浆泵、除垢泵等；泵等；石油化工石油化工：主管道泵、注水泵、锅炉给水泵、循环水泵、：主管道泵、注水泵、锅炉给水泵、循环水泵、潜油泵、卤水泵、引风机、气体压缩机、混合器、挤压器潜油泵、卤水泵、引风机、气体压缩机、混合器、挤压器等；等；第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析水泥制造：水泥制造：窑炉引风机、生料研磨引风机、压力送风机、窑炉引风机、生料研磨引风机、压力送风机、主吸尘风机、冷却器吸尘风机、冷却器排风机、预热塔

16、风主吸尘风机、冷却器吸尘风机、冷却器排风机、预热塔风机、分选器风机、窑炉供气风机、高温风机、尾排风机等；机、分选器风机、窑炉供气风机、高温风机、尾排风机等；市政供水、污水处理市政供水、污水处理：污水泵、清水泵、净化泵、生物粗：污水泵、清水泵、净化泵、生物粗处理塔泵等；处理塔泵等；采矿行业：矿井的排水泵和排风扇、介质泵等；采矿行业：矿井的排水泵和排风扇、介质泵等；造纸造纸：打浆机等；：打浆机等；制药：制药：清洗泵等；清洗泵等；其他：其他：传动机械装置、风力涡轮机、风洞试验等。传动机械装置、风力涡轮机、风洞试验等。因该变频器的研制出发点就是风机和水泵的节能应用，又因该变频器的研制出发点就是风机和水

17、泵的节能应用，又因为风机和水泵的拥有量大、用电量大，所以该变频器用因为风机和水泵的拥有量大、用电量大，所以该变频器用量非常大，量非常大，是高压变频器的主导机型是高压变频器的主导机型。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2.6 变频器故障变频器故障1.设备故障设备故障（1）因该变频器采用移相变压器和功率单元组成，移相）因该变频器采用移相变压器和功率单元组成，移相变压器故障率很低，功率单元内包含了整流、逆变等功率变压器故障率很低，功率单元内包含了整流、逆变等功率电路，较易损坏。电路，较易损坏。（2）损坏功率单元的原因有器件内部质量和外部过流，）损坏功率单元的原因有器件内部质量和外部过流

18、，因内部质量原因一般偶尔一块损坏，外部过流主要为电动因内部质量原因一般偶尔一块损坏，外部过流主要为电动机短路，可能有多快单元损坏。机短路，可能有多快单元损坏。（3）如果因内部质量原因偶尔损坏一块功率单元，可以）如果因内部质量原因偶尔损坏一块功率单元，可以暂时不停机维修，如果因电动机短路造成多单元损坏，必暂时不停机维修，如果因电动机短路造成多单元损坏，必须停机。须停机。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.外部报警跳闸外部报警跳闸外部报警跳闸一般有：过流、过载、过压、过热、夏天雷外部报警跳闸一般有：过流、过载、过压、过热、夏天雷电跳闸等。当出现了跳闸，要分析原因，及时处理。电跳闸等。当出现了跳闸，要分析原因，及时处理。第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2.2.7 功率单元测量维修功率单元测量维修1.整流电路的测量整流电路的测量1）万用表选用）万用表选用指针万用表：用指针万用表：用X100或或X10 挡挡；数字万用表：用数字万用表：用测测晶体管晶体管挡挡。指针万用表内电路指针万用表内电路数字表打到测晶体管挡数字表打到测晶体管挡第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析2）测量直流电阻）测量直流电阻测量整流管测量整流管测量开关管测量开关管第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析测量开关管测量开关管第第2章章 变频器主电路分析变频器主电路分析