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变频器单元串联式多电平的现状

发布日期:2020-06-28 浏览次数:190 来源:上海民熔电气集团
  由于单元串联式多电平变频器的输入、输出波形好,对电网的谐波污染小,输出适用普通电动机,近几年发展迅速,逐渐成为变频调速的主流方案。
 
  由于西屋电气和罗宾康公司的2个发明仅在美国进行专利申请,所以相应的技术目前在我国属于公知技术。
 
  除了罗宾康公司外,还有三菱,东芝等国外厂家生产单元串联式多电平变频器。国内近年来也出现了德力西,民熔等变频器生产厂家。目前,国产变频器驱动电动机的功率在3500kW以下,全部为空冷。此外,也有采用三电平功率单元的方案,以及采用常规IGBT直接串联(带动态均压)的产品。
 
  我国高压电动机多为6kV和10kV等级,目前,三电平变频器受到器件耐压的限制,尚难以实现这个等级的直接高压输出,而单元串联式的输出电压能够达到10kV甚至更高,所以在我国得到广泛应用,尤其在风机水泵等节能领域,该技术方案几乎已经形成垄断的态势。
 
  常规的单元串联式多电平变频器采用二极管整流,无法实现能量回馈功能,不适用于轧机、吊机等要求4象限运行的场合,这是这种高压变频器存在的缺点。对要求4象限应用的场合,目前还是以带AFE的三电子变频器和传统的交交变频器为主。
 
  功率单元旁路方案大大提高了单元串联式多电平变频器的可靠性,从很大程度上弥补了元器件个数多且导致可靠性降低的问题。
 
  单元串联结构决定了这类变频器很容易实现模块化设计,适合大批量生产,形成产业化规模。
 
  功率单元采用H桥结构已广为接受。也有个别国外厂家在功率单元内部采用三电平结构,以减少变频器中功率单元的个数。但这将导致单元结构和控制复杂性增加(如三电平PWM和电容中心点电位波动问题),效果并不理想。
 
  目前,国际上该技术的发展已经比较成熟,输出电压等级达到14.4kV,单机最大容量达到15000kW,采取水冷技术。
 
  国外先进厂家已采用无速度传感器矢量控制和速度闭环矢量控制。能驱动同步电动机和多绕组电动机。能实现变频驱动和电网直接驱动的无扰切换(同步切换)。国外无速度传感器矢量控制高压变频器可达到的技术指标为:调速范围100:1,稳态转速精度0.5%,转矩线性度7%,转矩响应750N·m,转速响应20rad/s。目前国内大部分产品为v/f控制。
 
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