青州益能热电风机变频方案.doc

青州益能热电有限公司 变频调速可行性分析报告 哈尔滨九洲电气股份有限公司 二00八年九月二日 一、前 言 高压电机交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如：降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速）。变频调速以其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽范围的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务，使之成为企业采用电机节能方式的首选。 1.5-2倍以内），主轴以选定的加速度平衡升速，直到指定的速度。变频装置的特性保证了起动和加速时足够的力矩，消除了起动对电机的冲击，保证电网稳定，提高了电机和机械的使用寿命。 三、变频调速理论简介 1．调速原理 由电机理论可知: 式中:n为电动机转速； f为电源频率； s为转差率； p为极对数。 从式(1)可知，电动机调速的方法大致分为变极对数、变频率和改变转差率三种。变极调速设备简单，机械特性较硬，缺点是转速只能成倍变化，而不是连续可调，属于有级调速，应用场合受限。调节转差率的电磁离合器，即滑差离合器调速方法，能平滑调速，闭环时调速范围较宽，但调速效率低，存在不可控区。液力耦合器调速虽然也有节能效果，但属机械耗能型变速方法，在变速过程中有很大的滑差功率损耗，系统运行成本较高，不经济。由于是机械联接，变速系统故障时，无法快速转换到全速运行状态，系统必须停机检修，无法保证系统安全可靠运行的要求。综上所述，调速方法比较好的应该是定子端变频调速和转子端改变转差率的串级调速。其中定子端的变频调速是性能最好、最有发展前途的一种交流调速方式。然而对于那些调速性能要求不是很高的大容量高压风机、水泵，如果直接在定子端采用高压变频器来调速，其调速性能最好。 2．交流电动机变频调速传动的发展及变频器的主要类型 交流电动机变频调速传动系统的发展经历了一个不长的历史阶段。自从20世纪60年代推出的麦克雷(MCMURRY)电压型变频器开始，发展到电流型，脉宽调制型……可谓变频器的种类繁多，琳琅满目。随着新型的电力电子器件的不断问世及成熟，变频器的结构形式也不断的更新、完善。从调制方式看大致可以分为循环变流器(交－交变频器);交－直－交变频器以及矩阵式变频器(还处于非商业化的试验阶段);从变频系统的控制方式看大致可分为:V/f控制，矢量控制，直接转矩控制等。从应用功率器件方面看可分为:电流控制型器件(如SCR、功率晶体管、GTR、GTO)和电压控制型器件(如IGBT、IECT等)。GTO电流型变频器 该类变频器使用GTO作为功率输出器件。由于GTO本身可以通过门极控制关断，从而可引入PWM控制技术，简化控制线路。 整流部分采用SCR器件，逆变部分采用了可关断晶闸管GTO，开关频率为180Hz。线路可以说是电流源和PWM技术的结合（简称“CSI－PWM技术”）。由于采用脉宽调制方式，输出谐波降低，滤波器可大大减小（但不能省去，常加一电容滤波器）。为防止电容与电动机的电感在换向过程中产生谐振，其数值需仔细选择。 2．3 IGBT电压型PWM级联式变频器 采用IGBT器件的PWM电压型变频器，有其它变频器所不可比拟的优点，故IGBT在低压变频器中已处于统治地位。在不断提高IGBT器件耐压和容量的同时，人们也在寻求将其应用于高压大功率变频器的方法。其中比较成功的例子是“并联多重化PWM电压型”变频器和“单元串联多电平PWM电压型”变频器。 IGBT（Integrated Gate Bipolor Thyristor）器件的特点是：（1）高的开关频率（达10～20kHz）。而在一般的高压变频器中，1～2kHz的开关频率最为适宜；（2）通态压降低（约1～2V），损耗小，易于冷却；（3）由于隔离栅的结构，门驱动功率低，控制线路简单，便于与微处理器接口。 功率单元串联的方法解决了用低电平的IGBT实现高压变频的困难，它既保留了IGBT和PWM技术相结合所具有的各项优点，且在减小谐波分量等方面有更大的改进，使变频器功率得以提高。该方案原理是迄今为止较为合理的高压变频器方案。 单元串联PWM高压变频器，每相由6～9个相同的功率单元串联而成。每个单元分别由输入隔离变压器的一个二次绕组供电。隔离变压器共有18～27个二次绕组。各功率单元及其绕组相互绝缘，且对地有足够的耐压。 功率单元中的IGBT采用低压器件（1700V），二次绕组电压为580～690V。每个功率单元都是一个三相输入、单相输出的PWM变频器，输出0～580V可调电压和0～120Hz的可调频率，具有统一的结构。每个单元承受全部