串级和转子变频调速.doc

串级和转子变频调速*在大功率风机和泵调速中的应用 摘 要 ：中压电机驱动的大功率风机和泵改用调速传动效益巨大，但由于电压等级不合理，价贵，难推广。把调速装置从定子改至转子，采用串调，既避免高电压，又减少调速装置容量。本文在分析传统串调缺点基础上，介绍几种改进方案:内反馈电机，传统串调＋静补，斩波串调及转子变频。转子变频只用20％PN的低压逆变器和50％PN的低压整流斩波就能控制100％PN的中压电机实现40％调速，且功率因数高，谐波小，旁路容易，适合用于200～2000KW，特别是1000KW以下范围。 英文摘 要 ：Variable?speed?drives?for?fans?and?pumps?have?many?advantages?but?are?difficult?to?be?accepted?by?customers?owing?to?high?cost.?If?a?variable?speed?device?is?moved?from?motor?stator?to?rotor,?the?voltage?of?the?device?will?be?low?instead?of?medium?and?device?capacity?will?decrease.?Based?on?discussing?the?problems?of?traditional?cascades,?some?improved?schemes:?inner-feedback?motor,?chopper?and?rotor-side?PWM?inverter?are?investigated?in?this?paper.?The?rotor-side?PWM?inverter?scheme?only?use?a?20%PN?low?voltage?inverter?to?adjust?a?100%PN?medium?voltage?(6KV?or?10KV)?motor?with?high?power?factor,?low?harmonics?and?easy?bypass. 关键词： 中压电机?,??风机和泵,??串调?,?低压变频 ? ??? 1? 引言 ??? 风机和泵用变速传动取代传统的恒速传动能节约大量电能，燃料，改善环境，优化工艺过程，提高产品产量和质量及减少维修，特别是200kW以上的大功率设备。目前调速方法大多用变频，虽然好，但推广应用起来障碍很多:[1,2](200kW以上的大功率设备大部为200～2000kW，本文以这段功率范围作为讨论基础) 1.1 变频调速的障碍 ??? (1) 最大的障碍是变频器价太高，用户难以接受变频调速电机是笼型异步机，变频器接电机定子绕组，计及电机功率因数和效率，变频器容量一般为电机功率120％。我国异步电机的价格约为120～160元/KW，变频调速专用电机价150～200元/kW。200KW以下的低压(380V)变频器价为600～800元/kW，用户尚能勉强接受。按我国现行电机电压等级标准，功率大于200kW后电压就增至6kV和10kV(6kV还在淘汰中)，没有中间等级。电机电压高，电流小，给变频器出了个难题，电压高要求电力电子器件串联数多，电流小造成器件电流能力得不到充分利用，使得变频器价格猛升至2000～3000元/KW，很难接受。以10kV/1000kW变频器为例，若器件选用1700V IGBT，1台变频器需200A IGBT 120支(现1700V IGBT电流能力已达2400A)。另外线路复杂还导致可靠性降低。??? (2) 无功及谐波问题变频器输入有较大无功和谐波，大功率变频必须采取措施减小它们，避免给电网带来危害。最常用方法是增加整流脉动数，为此在变频器输入侧都装有移相变压器，它还使变频器与电网隔离，提高安全性，减小干扰。但这变压器体积庞大，重，增加成本。??? 变频器输出电压波形为阶梯方波，高的dV/dt给电机绝缘和轴承带来危害，为此许多中压(6kV，10kV)变频器输出都接有滤波器，也体积庞大，增加成本。??? (3) 旁路问题旁路指在变频故障时，去掉变频器，直接将电机接入电网恒速工作，中压变频器旁路需用高压断路器，操作不当会引起电流冲击，跳闸。另外大功率电机直接起动也较困难。 1.2 绕线异步机变频调速的优势 ??? 变频调速的上述障碍在短期内难解决，如果电机改用绕线异步机，定子绕组直接接电网，将调速装置移至转子侧，情况发生很大变化:??? (1) 调速方式可靠：电机转子电压是低压，避免了高压电力电子变换带来的一系列问题，电力电子器件不再需要串联，在200～2000KW功率范围内，转子电流不太大，可以使用大电流器件，不并或少并，器件数减少，线路