变频器工作原理与选型知识

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1、异步机变频调速已得到广泛的应用。变频器的花样种类繁多，变频器的供应商们为了推销自己的产品，都大力宣传自己的优点，其他产品的缺点，使人眼花缭乱。变频器的应用者在选用时经常提出许多如何合理应用及方案比较的问题，变频器的开发者在方案论证时也常提出产品定位及前景方面的问题。作者根据自己多年来在该领域中的体会，就下面几个问题谈谈自己的看法。　　各种产品，只要它们在市场上站得住脚，就必然有它们各自的优点和缺点。市场是无情的，如果都是缺点，该产品必然被淘汰，若都是优点它必然淘汰别人。作者希望通过本论坛引起讨论，去掉商业炒作，还事物以本来面目。以下均为个人看法，仅供参考。涉及一些价格，均为

2、做方案比较用的价格，不是实际购物价格，不涉及商业行为。　　(1) 大功率节能调速的合理电压等级　　大中功率风机和泵采用变频调速可节约大量电能，大部分功率在0.2-2MW范围内。我们现在200KW以上的电机多是中压，电压等级多为10KV，少量为6KV。选用10KV “直接”变频，从技术和经济角度看都不合理。所有的“直接”变频都不是真正的直接变频，在其输入侧都有变压器，因此电机和变频器没有必要和电网电压一致。本文讨论不同功率段的合理电压等级。　　(2) 高性能调速系统中的矢量控制和直接力矩控制　　高性能调速系统中的矢量控制发明于70年代末，商品化于80年代，至今仍然为多数公司所

3、采用。直接力矩发明于80年代后期，部分公司采用，商品化于90年代初，被广泛宣传为新一代技术。本文介绍作者对这两种系统的看法。　　(3) 有速度(位置)传感器和无速度(位置)传感器系统　　在矢量控制和直接力矩控制系统开发的初期都要求装设速度(位置)传感器(编码器)。有些场合安装编码器困难，所以又开发出无速度(位置)传感器系统，它的性能不如前者，但优于V/f开环系统。现在有些宣传说，无编码器系统的低速起动性能已达到有编码器系统水平，此提法有模糊之处。本文讨论什么时候应装编码器，何时可以不装编码器。　　2 大功率节能调速传动的合理电压等级　　大中功率风机和泵采用变频调速可节约大量

4、电能，大部分功率在200-2000KW范围中。我们现有的交流电动机200KW是个界限，200KW以下是低压380V，200KW以上为中压:3KV、6KV 和10KV。电力部门从减小线损的角度出发，希望提高供电电压，3KV已取消，6KV正在淘汰中，大力推行10KV，将来还可能提至20KW。用户从简化配置出发，很自然的提出要求，希望200KV以上的电机和变压器也都采用10KV，不幸这合乎情理的要求技术上实现困难，经济上价高，因为:　　A． 10KV电机从制造角度并不困难，但随着电压升高，绝缘等级提高，电机重量和价格也增加，以YJS系列4极560KW电机为例:380V重3.6T，

5、价11万;6KV重3.9T，价15万;10KV重4.4T，价20万。　　B． 受电力电子器件电压及电机允许的dv/dt限制，10KV变频器必须多电平，多器件串联。造成线路复杂，价格昂贵，可*性差。对于10KV变频器若使用 1700V IGBT器件，需10串，三相共120支器件。若使用3300V器件，也需5串共60支器件，数量巨大。另一方面电流小，器件的电流能力得不到充分利用，仍以560KW为例，10KV电机电流仅40A左右，现1700V的IGBT电流已达2400A，3300V器件电流达1600A，有大电流器件不采用，偏要用大量小电流器件串联，极不合理。即使电机功率达2000

6、KV，电流也只有140A左右，仍很小。　　为了电平隔离，改善输入电流波形及减小谐波，现在所有的中压“直接变频”器都不是真正的直接变频，其输入侧都装有输入变压器，这种安排短时间内不会改变。既然输入侧有变压器，变频器和电机的电压就没有必要和电网一样，非用10KV和6KV不可，因此就有了变频器和电机的合理电压等级问题。另外，过去电机中低压的200KW分界是考虑电机直接起动，起动电流7-8倍额定电流，10KV/380V电力变压器容量2000KVA，短路阻抗6%左右，电机起动时380V母线压降限制在 5%左右而定的。再加大变压器，短路电流太大，低压开关难以承受。采用变频器调速后，起动

7、电流被限制在额定值内，中低压分界条件也应随之变化。现在660V低压电机容量已达1000-1200KW，它也为讨论合理电压等级提供了基础。　　本文分析合理电压等级的出发点是:　　A． 低压变频器采用1200V或1700V IGBT，器件额定电流小于1800A-2400A，并联数不大于2。并联再多实现麻烦，就不如改为多电平串联，中压变频。　　B． 中压变频采用器件种类及电压等级很多，相应线路方案也不同。本文基于目前市场上流行的产品，它们是基于1700V IGBT的分离直流电源多重化(H桥串联)方案(SDM)及基于330