文档介绍：西安建筑科技大学
高压大容量桥串联型变频器的研究
专业机械工程
硕士生孙洪斌
指导老师陈宜通副教授
摘要
我国是能源生产和消费的大国,但是长期以来一直都存在着严重的能源浪费
的问题。据统计,我国风机、水泵年耗电量占全国发电量的约。理论分析和
实际应用都表明,如果采用调速技术,至少可节约以上的电能,有些情况下
甚至可节电。本文以太钢某厂额定功率,额定电压注水泵电
机变频调速科研工程为背景,从理论分析、计算机仿真和装置实验几方面入手,
对高电压大容量串联桥多电平变频器的理论和工程应用技术进行较深入研究。
串联桥多电平变频器的主回路从结构上可分为三相电容滤波不可控整流电
路和单相电压型全桥逆变电路。对于整流电路,由于采用变压器移相多重化整流,
在理论上可以实现曲折变压器一次绕组中低于次谐波电流相互抵消为
串联单元个数对于逆变电路,由于采用移相控制方式,等效开关频率提
高倍,因此输出电压接近正弦波,谐波含量较小。
串联桥多电平变频器具有输出电压高、功率大,输入侧和输出侧谐波含量
小,输入功率因数高等特点。另外,采用模块化设计,易于提高电压、处理故障,
维护也比较简单。还有,变频器对电机无特殊要求,适于普通电机,有利于旧系
统改造。
本文综述了高电压大容量变频器技术的发展现状,给出了串联桥多电平变
频器的主回路的拓扑结构和工作原理。重点分析了变压器曲折接法和移相多重化
整流对网侧谐波的影响及移相控制方式对减少输出侧谐波的作用,并给出
理论计算结果和计算机仿真波形。本文最后给出了系统的工程设计参数和实验波
形。从实验结果来看,实际结果与理论分析是一致的。目前该装置已在太试运
行。
西安建筑科技大学
关键词高电压大容量,串联桥,变频器,谐波
论文类型应用研究

一
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、绪论
在近二十年来,随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展,交流变频
调速技术已广泛用于交流电动机速度控制中。采用变频技术可实现无级调速,满足
生产工艺过程对电机调速控制的要求,以提高产品的产量和质量,又可大幅度节约
电能,降低生产成本。使用变频调速器的优越性已逐渐为国内大多数企业所重视。
高电压大容量交流电机调速系统的应用领域十分广泛,如轧钢机、矿井提升机、
水泥球磨机主传动大型的风机、水泵、压缩机等流体机械传动牵引动力系统〔内
燃机车、电力机车、高速列车、地铁等以及船舶推进器等。
大容量一般是指功率等级在一兆瓦到几十兆瓦左右,比如轧钢领域中的低速
可逆轧机和热连轧机。而高电压一般是指,如从德国公
司引进的异步电动机中压变频〔调速系统应用于转炉鼓风机,
我国自行研制的同步电动机变频调速系统应用于矿井通风机等。
目前国内所广泛应用的各类变频器其电压等级多为,属低压变频器,
而对于为数不少的高压电机传动设备,只有个别单位采用了高压变频器传动,收
到很好的节电效果,节电率达。变频调速装置的投资可在年内从
节电费用中收回。在工业发达国家高压变频器技术已经相对成熟,应用比较广泛。
随着电力电子器件的发展和控制技术的不断进步,高电压大容量交流调速系统的
性能将不断提高,并且日趋完善,其应用领域也将进一步扩大。同时,要尽早实
现高压大容量交流电机变频调速系统的国产化,使其广泛应用于我国的大型传动
系统中,大幅度提高其运行效率,以达到提高性能、节电节能的目的,促进国民
经济的发展。
电力电子器件的发展现状
老式的调速系统一般采用电动机一发电机机组或水银整流器等,随着年代
第一个晶闸管成为商品,标志着固态电力电子技术的开始。这是一种电网电压控
制和变换的经济简便的方法,目前,相控晶闸管已广泛应用于直流调速,交流调
速中的交交变频系统、无换向器电机调速系统以及电流源型变频系统等。但是,
相控晶闸管在交流电网产生的大量的波和较低的功率因数,以及不可自关断的
缺点,使其应用正在逐步减少。
年,日立公司首先研制出集成化门极可关断晶闸管,即
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点外,还可直接采用光纤触发,并具有高的抗电磁干扰特性和优化串联运行。目
前,的变频器己应用于德国铁路上,本溪钢铁公司也将用
于热连轧主传动控制。目前的己研制成功。
可以预见,和高耐压的将成为高压大容量变频器上广泛采用的主
要的电力电子器件。
大容量交流电机变频调速技术发展现状
主回路结构
高电压大容量交流调速系统所采用的主回路结构按能量传递方式分主要有交
交变频和交直交变频两种。