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高壓風機配置變頻器控制

        由于高壓設備功率較大。其功率可能占到電網容量的相當大一部分,因此其開停機和運行可能對電源電壓造成影響。另外,變頻器如果輸出高次諧波成分過高,會造成電機的過熱、產生共模電壓和drV山等問題。為實現風機的調速節能運行,并考慮到高壓大容量設備的技術要求,本文設計了單元串聯型多電平高壓風機變頻調速系統。
 
  調速系統的結構及功能單元串聯多電平電壓源型變頻器采用若干個低壓功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出,其結構如所示,采用的變壓器為多重化隔離變壓器,一次側輸人高壓,二次側輸出相互隔離的低壓,供給各個功率單元,即圖中的各個H橋,系統的三相結構類似。
 
  隔離變壓器LJ圖i單元串聯變頻器結構每個功率單元都是一個三相輸人、單相輸出的交一直一交變頻器,具有統一的結構,功率單元的結構如所示。
 
  每個功率單元分別由輸人變壓器的一組二次繞組供電,功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。如采用每相六單元串聯的形式,則每個功率單元承受全部的輸出電流,但僅承受1/6的輸出相電壓和1/18的輸出功率;對于6kV的電機系統,每單元輸出電壓590V可調,頻率050Hz可調,從而可實現恒定壓頻比控制。
 
  逆變器部分采用多電平移相脈沖寬度調制(PSPWM)技術,同一相的功率單元輸出相同的基波電壓,但串聯各單元的載波依次錯開一定的相位,使疊加出來的是13階梯的正弦調制波。
  輸出電壓非常接近正弦波,且幾乎不含有低次諧波。將相鄰功率單元的輸出端串接起來,實現變壓變頻的高壓直接輸出,供給高壓電動機。為6kV電壓等級變頻器的輸出相電壓波形,由圖可見,波形十分接近正弦波。
 
  每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小,因而很小。使得電動機絕緣不會受到影響。功率單元采用較低的開關頻率。以降低開關損耗,且可以不用浪涌吸收電路,提高變頻器的效率。由于采取多電平移相式PWM技術,等效輸出開關頻率很高,且輸出電平數增加,可大大改善輸出波形,降低輸出諧波,諧波引起的電動機發熱。噪聲和轉矩脈動都大大降低。所以這種變頻器對電動機沒有特殊的要求,可用于普通的高壓電動機,且不必降額使用。由于輸出很低,不會產生輸出電纜較長時行波反射引起的浪涌電壓增加而造成電動機絕緣破壞問題,所以對變頻器輸出至電動機之間的電纜長度沒有特殊限制。
 
  與采用高壓器件直接串聯的變頻器相比,采用這種主電路拓撲結構會使器件的數量增加,對于6kV變頻器,六單元串聯的結構共使用72個低壓IGBT,但低壓IGBT門極驅動功率較低,其峰值驅動功率不到5W,平均驅動功率不到1W,驅動電路非常簡單。由于開關頻率很低,且不必采用均壓電路和浪涌吸收電路,所以系統在效率方面仍具有較大的優勢,滿載時,變頻器效率可達98.5%以上,包括輸人變壓器和變頻器的總體效率一般可高達97*.由于功率單元采用電容濾波的電壓源型結構,變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續運行(降額運行),并且在電網瞬時斷電5個周期內還能滿載運行。功率單元中采用目前低壓變頻器中廣泛使用的低壓IGBT功率模塊,技術成熟、可靠。
 
  由于采用二極管不可控整流電路結構,所以變頻器對浪涌電壓的承受能力較強,雷擊或開關操作引起的浪涌電壓可以經過變壓器(變壓器的阻抗一般為8%左右)產生浪涌電流,經過功率單元的整流二極管給濾波電容充電。濾波電容足以吸收進人到單元內的浪涌能量。另外,變壓器一次側安裝了壓敏電阻浪涌吸收裝置。起到進一步保護作用。而一般的電流源型變頻器,TheWorldofPowerSupplyJan I工陣I電你I輸人阻抗很高,對浪涌電壓的吸收效果就遠遠不如電壓源型變頻器。
 
  功率單元與主控系統之間通過光纖進行通信,以解決強弱電之間的隔離問題和干擾問題。功率單元采用模塊化結構、所有的功率單元可以互換,維修也比較方便,每個單元只有3個輸人、2個輸出電氣連接端和一個光纖插頭與系統連接,所以功率單元的更換十分方便。采用功率單元自動旁路技術可使變頻器在功率單元損壞的情況下繼續運行,大大提高系統的可靠性。
 
  若采用冗余功率單元設計方案,即使在某個功率單元損壞的情況下,還能滿載運行。由于采用二極管整流電路,所以能量不能回饋電網,不能四象限運行,主要應用領域為風機和水泵類負載。
 
  系統組成單元串聯型高壓風機變頻調速系統主要由以下幾個部分組成,高壓開關切換部分,輸人隔離變壓器,整流部分,逆變部分,主控單元,主操作臺以及其他連接設備,系統框圖如所示。調速系統結構框圖高壓開關切換部分主要由高壓隔離開關,熔斷器。高壓真空接觸器以及電壓、電流互感器等構成,保證變頻器的安全投人與切除。變壓器的二次側相互獨立,分別給整流單元供電。整流部分由18組共72只整流管組成,整流濾波后的直流電源給各個逆變單元供電。主控單元中,控制系統硬件包括以80C196KB微機為核心的數字控制電路、電流調節器等模擬控制電路以及可編程控制器等,負責逆變部分的觸發控制以及整個系統的保護。通過RS232以及多路I/O口接受來自主操作臺的命令,對系統進行控制。此外,該部分配備有鍵盤和顯示單元,能夠方便的觀察和修改控制器的信息和參數。主操作臺設在控制室內供值班人員使用,對系統實施啟動、停止、調速等遠程控制,并能夠監測電壓、電流、轉速等信號。主操作臺的各項動作在主控單元電路面板上也能夠實現。通過遠程/本地開關的切換。同時,系統可以實現開環和閉環控制,開環控制時可以由人工調節變頻調速裝置的給定速度來改變電機轉速,實現改變風壓、風量的目的。閉環控制通過一個檢測變送器。將檢測到的實際風壓和風量轉換為直流信號,反饋給比較環節,將風壓或風量的設定值與此反饋值相比較并對兩者的差值進行PI運算,產生一個控制信號,并將此信號作為變頻調速裝置的指令信號輸人。去調節控制電機轉速。這樣,無論實際風機負荷需要怎樣變化,風機的鼓風量總能夠圍繞設定值變化并自動進行調節。
 
  結語該變頻器對電網諧波污染小、輸入功率因數高、不必采用輸人諧波濾波器和功率因數補償裝置;輸出波形好。不存在由諧波引起的電動機附加發熱和轉矩脈動、噪聲、輸出dxvd、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電動機。適合風機的調速控制。
 
高壓風機配置變頻器控制

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