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高压大功率变频器用电力电子器件
Device Type
Blocking Voltage
Diode 7000
Thyristor
7000
GTO 6000
Transistor
1400
IGBT 3300
I/SGCT 6000
Maximum Current
10000 10000 3000 1200 1800 3000
• 改变电机的频率。
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变频调速基本原理
• E=4.44 f1 K N Ø
f1 - 电机频率。 N - 每相绕组匝数 Ø - 电机气隙磁通 K - 与绕组有关的常数
Ф=E/(4.44*K*N*f1)=KФ*(E/f1)
• VVVF- 变压变频同时进行是电机正常运行的需要
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VF曲线
U un
DC Link
Capacitor or
Inductor
DC-AC Conversion
Motor
AC Output; variable Frequency, variable Voltage
电流源型
电抗器滤波
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Rectifier Inverter
电压源型
电容滤波
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Rectifier Inverter
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电力电子技术
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二极管广泛应用与各种整流电路中。 晶闸管是一种半可控器件
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C
G
E
IGBT 绝缘栅型双极晶体管。是一 种广泛应用于变频器中的电压控 制型全控器件，开关速度高，电 压，电流等级已超过BJT
IGCT（SGCT）门极换流晶闸管 ，是一种新型的电力电子器件， 其突出优点是耐压高，电流大， 开关速度高，缺点是驱动复杂， 成本高
整流器
• 三相全波桥式二极管整流 效率高，成本低，控制简单
• 斩控式整流器（PWM整流器） 效率高，功率因素可调，能量可回馈电网
+
D1
D3
D5
AC
DC 六脉波整流电路
D2
D4
D6
-
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直流环节
• 也称滤波或储能环节 • 由电感或电容组成 • 用于负载与整流器之间的无功功率的缓冲
电感
电容
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• 石油、天然气-注水泵，输油泵，电潜泵，压缩机。
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其它 钢铁
水处理 油气及石化
电力
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变频调速原理
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电机调速基本公式：
N = 60 f (1-s)/ p f = 电机供电频率 S = (n0-n)/n0 转差率 P = 电机极对数
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电机调速分类
• 改变电机的极对数。
• 改变电机的转差率。 1. 转子串电阻调速 2. 定子调压调速 3. 电磁转差离合器调速 4. 转子串级调速
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四、有效降低起动时对电网的冲击
1、电机起动过程对电网无冲击，不会影响电网上的其它用电设备 2、改善功率因数，有效降低所需配电变压器容量
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应用范围
• 火力发电-送风机，引风机，循环水泵，冷凝泵，给水泵， 灰浆泵等。
• 水和污水-取水泵，配水泵，污水泵
• 石化-风机，压缩机，油泵。
• 钢铁-焦炉鼓风，转炉除尘风机，水泵。
u sec T Off
50
10-300
10-50
3-5 0.5
1
Peak Gate Power
N/A
2W
12k W 20 W
3W
45k W
"ON" Voltage
1.0 1.25 2.5 2.5 2.5 2.0
Cost
Low Low High Med Med Med
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一个IGCT/SGCT 驱动电路--222个元件
Electrolytic Caps 12
Driver FET’s 8
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4路IGBT驱动电路
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变频器的分类
• 按主回路结构形式： 1. 电流源型 2. 电压源型
• 按控制方式分： 1. U/F控制 2. 转差频率控制 3. 矢量控制 4. 直接转矩控制
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高压变频器的分类
• 按高压输出方式分： 1. 直接高压输出型 2. 高-低-高型
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PWM技术
• PWM-Pulse width modulation
• 脉冲宽度调制-通过控制电力电子器件的通、断时间及通断次 序将直流电压转换为系列宽度不一的矩形脉冲电压，达到等同 交流输出的效果
• PWM的类型SPWM-正弦波PWM 优化PWM- SVPWM，SAPWM，SHE（指定谐波消除） PWM
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变频器拓扑结构
• 一般都由三部分组成: 整流电路: AC to DC; 中间直流环节:滤波和能量储存; 逆变器:DC to AC.
• 输出的电压(电流)和频率进行协调控制
AC Input; fixed Frequency, fixed Voltage
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AC-DC Conversion
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二、改善工艺
1、运行压力或风量等工艺参数更平稳。 2、被控量调节更及时，准确，易构成自动控制。
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三、延长电机，机械寿命，降低维护成本
1、能实现软起动，电机起动电流被限制在额定电流附近，消除起 动过程对电机和机械负载的冲击
2、机械转速降低，有效降低机械磨损，降低维护量
逆变器
• 将直流电压或电流转换成频率、幅值可变的交流电 • 器件工作于开关状态 • 器件通常为全控型（GTR，GTO，IGBT，IGCT等）
D1 U1
D2
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D3 C1
D4
K1
K3
AMB
K4
K2
Uc1
UAB
i
T0
t K1K2合
t
K3K4合
UAB
K1K2合
t
T
K3K4合
当K1、K2同时闭合时，电机上的电压为A点高，B点低 ；K3、K4同时闭合时，则电机上的电压为A点低B点高 。这样和连续不断地交替开合，在电机两端就形成了一 交变电压，也就是交流电。
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f0
f
保持磁通恒定的必要性
• 电机在任何速度下都应保持磁通恒定。 • 磁通太强-电机励磁电流过大，损耗增加 • 磁通太弱-电机铁芯利用不充分，输出力矩下降。
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通用变频器的基本结构
• 整流器 • 中间直流环节 • 逆变器 • 控制电路
AC
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整流器
DC
直流环节
控制电路
逆变器
AC 电动机
高压大功率的性能指标
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高压大功率的性能指标之一
输入谐波
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谐波的概念
Fundament a 基波
3x x3rd Har源自onic 3次谐波SGEG
300 Hz
加入5次谐波
高压变频器输入整流环节都为非线性的，会对电网产生谐波，其输 入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数(多重化的次数)密切相关