IGBT高压变频调速电源
Power Supply(PS) of IGBT High- voltage Frequency Conversion Governor
南京东南大学自控系冷增祥(南京210096)
摘要:提出用于高压电动机变频调速电源需考虑的串联,谐波和效率等几个问题;介绍由全控型电力电子器件IGBT按多重化PWM控制技术构成,目前已商品化的高压变频器,可用于中,高压交流电动机的直接变频调速.
Abstract:This paper pointed out a few problems of series,harmonic and efficiency etc.,to be needed considering,it introduced constructed by all- controlling power electronics device IGBT by means of multi- PWM control technology,and this kind of convertor can be the used for direct frequency conversion governor of midolle/high- voltage A.C mo tors.
关键词:交流调速电源高压变频IGBT多重化
PWM Keywords:A.C.governor's PS, High- voltage frequency conversion, IGBT,Multi- PWM
1引言
众所周知,电力传动中,交流电动机较直流电动机结构简单,制造容易,价格便宜,维修方便,因而被大量使用.然而在起动和调速性能方面,交流机较直流机麻烦或困难.
交流电机的同步转速n0=60f/p.可见,只要能连续地改变供电电源的频率f,便能平滑地调节交流电动机的转速(式中p为电机的极对数,只能有级且有限地改变).
由于电力电子技术的发展,现在由电力半导体器件构成的静止式变频器已很成熟,因而交流电动机的变压变频(VVVF)调速已日益普及,其优越性亦广为人们所熟知.
但是变频调速至今主要还是应用在中,小容量和低压电机上,而在矿山,冶金,化工,石油,建材等工业部门和水厂,电厂,使用着大量的中,高压风机,水泵,压缩机和搅拌机等,这些机械功率都在几百千瓦以上,有的高达数千甚至上万千瓦,它们消耗的电能是非常可观的.
此前,这类机械大多采用恒速交流传动,而以挡板,阀门或空放回流的办法进行输出量的调节,白白损失大量的电能.因此,在这类机械上采用变频调速,根据输出量的要求用电气手段改变输出功率,对节能有着巨大意义.
2高压变频调速电源的几个问题
(1)串联
按理,在装置要求高压而器件耐压能力有限的情况下,可采用器件串联的办法来满足.但是器件的串联使用,因各器件的动态电阻和极电容不同,而存在稳态和动态均压问题.如采取与器件并R和RC的均压措施,会使电路复杂,损耗增加;同时,器件串联对驱动电路的要求也大大提高,要尽量做到串联器件同时导通和关断.否则,由于各器件开,断时间不一,承受电压不均,会导致器件损坏甚至整个装置崩溃.
(2)谐波
这是所有交直交变频器的共同问题,但是在大功率变频调速中更为突出.谐波污染电网,将殃及同一电网上的其它设备,甚至影响电力系统的正常运行,谐波电流也使电机发热,损耗增加,功率因数下降,不得不"降额"使用.
(3)效率
装置功率愈大,效率问题也愈益重要.为提高效率,必须设法尽量减少功率开关器件和变频电源中的损耗.
基于上述几方面的考虑,用全控型电力电子器件IGBT组成的,用于交流电动机变频调速的高压变频器,采用"功率单元"串接的新型结构,即用多个低压的脉宽调制(PWM)逆变器作功率单元,将它们按多重化格式组成高压变频器,能较好地解决这几个问题.
3IGBT高压变频器
图1(a),(b)是一台6000V变频器的主电路拓朴和连接图.每相由5个额定电压为690V的功率单元
串联,因此相电压为5×690V=3450V,所对应的线电压为6000V(如果每相用4个480V的功率单元串接时,输出线电压则为3300V).每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电,15个二次绕组分成5组,每组之间存在一个相位差.图1(b)中以中间△接法为参考(0°),上下方各有两套分别超前(+)和滞后(-)12°,24°的4组绕组.所需相差角度可通过变压器的不同联接组别来实现.

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