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空压机变频器的现状与前景分析

2017-08-15 10:46浏览数:15 

本文具体介绍了变频器的开展现状以及一些技能性的问题。

  现在,变频技能在发达国家己经老练,随着新的电力电子器材的不断出现,新的变频技能层出不穷,使其得到了更广泛的推行运用。变频技能的迅速开展是建立在电力电子技能的立异、电力电子器材及资料的开发及器材制作工艺水平进步基础之上的,尤其是高压大容量绝缘栅双极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管工IGCT器材的成功开发,使大功率变频技能得以迅速开展,功用日益完善。现在商场上新式变频器品牌繁复,各有千秋。经过剖析发现,这类变频器有许多共同点。下面对变频器的现状及其未来的技能开展方向进行剖析介绍。

  1、变频器的现状

  1.1变频器的商场状况

  我国50%一60%的发电量用于沟通电动机,而容量在3巧kw以上,额外电压一般为3一10kV的电动机占电动机总装机容量的40%一50%。因为我国中压变频技能仍没有构成产业化,落后于国外发达国家,因而这部分电动机在负载工况变化时,缺少经济牢靠的调速手法,每天都在浪费着很多的电能,因而国内潜在着巨大的中压大功率变频器商场。世界上各大闻名的电气公司,如西门子、ABB、AB、AEG、东芝等,都在这一范畴打开剧烈的竞赛,投入很多的人力、物力和财力,开发研发高功用的产品,以抢占我国中压大功率变频器的商场。国家计委估计在往后十五年内,使我国变频器总需求的出资额在500亿元以上,而其间6q%一70%是中压大功率变频器。我国的高压变频器商场具有其特殊性,包含:(1)职业性很强,首要集中在冶金、电力、供水、石油、化工、煤炭等职业。在工业用电中石油、煤炭等能源职业耗电占22.34%;化工占14.73%;冶金占14.18%;螺杆式空压机机械建材占10.96%;供水占10.53%(2)现在全国各职业中,只要少量企业的高压电机运用了调速办法,商场空白点多。(3)高压变频器属出资类设备,首要用于节能和改进出产工艺。用户是否购买此类设备与政府的政策导向关系很大。如政府推行力度较大,商场发动会快一些,反之则慢。另一方面商场还受世界、国内经济大环境的影响以及国内某些职业的全体经济效益好坏的影响。因而在未来商场开展过程中仍存在着一些不断定的要素(4)海外公司的闻名品牌产品大举进入我国商场的可能性较大,各方应有所准备。

  1.2变频器的变频技能的现状

  交一交变频是前期变频的首要办法,适应于低转速大容量的电动机负载。其主电路开关器材处于天然关断状态,不存在逼迫换流问题,所以第一代电力电子器材—晶闸管就能彻底满意它的要求。因为其技能老练,在国内开发研发也最多,现在在国内仍有必定的商场。交一交变频在其主接线中需求很多的晶闸管,结构杂乱,维护作业量较大,并因选用移相操控办法,功率因数较低,一般仅有0.6~0.7,并且谐波成分大,需求无功补偿和滤波设备,使得总的造价进步。

  交一向一交变频选用了多种拓扑结构,如中一低一中办法,其实质上仍是低压变频,只不过从电网和电动机两端来看是高压。因为其存在着中心低压环节,所以具有电流大、结构杂乱、功率低、牢靠性差等缺陷。因为其开展较早,技能也比较老练,所以现在仍广泛运用。随着中压变频技能的开展,特别是新式大功率可关断器材的研发成功,中一低一中办法具有被逐渐筛选的趋势。

  而直接中压变频办法,因没有中心的低压环节,结构上有着广阔的开展前景。

  变频器的逆变器遍及选用大功率场效应管MOSET、大功率晶体管GTR、可关断晶闸管GTO等的自关断元件,其间GTR运用最为遍及。但是在调制战略开展和要求逆变器输出谐波重量更小的状况下,必须进步开关频率,为此,GTR满意不了这个要求,所以开发出了一种新元件IGBT。IGBT的全称是绝缘栅双极晶体管,是一种把MOSET与GTR奇妙结合在一起的电压型双极/M05复合器材,IGBT具有输入阻抗高、开关速度快、元件损耗小、驱动电路简略、驱动功率小、极限温度高、热阻小、饱满压降和电阻低、电流容量大、抗浪涌才能强、安全区宽、并联容易、安稳牢靠及模块化等一系列长处,是一种极抱负的开关元件。现在,电流2400A、电压3300V、开关频率40kHz的IGBT已在小、中、大功率范围内运用。IGBT不只用于500V以下低压变频器,还能够用于IOOOV以上高压变频器以驱动高压电动机。此类中压、高压变频器选用多电平逆变器输出高压,也可用变压器降压~低压变频器一变压器升压的办法。因为IGBT具有功用特好的优势,估计近十年内不会被新开发的元件所替代。

  2、变频器的技能开展意向

  2.1单元串联多电平技能

  单元串联多电平办法在谐波、功率和功率因数等方面存在着优势,在不要求四象限运转时有着较广泛的运用前景。其间三电平操控具有许多长处,包含:(1)选用三电平拓扑能有效地处理电力电子器材耐压不高的问题,适用于高电压大功率。(2)三电平拓扑单个桥能输出三种电平(+ud/2、一Ud/2、0),线(相)电压有更多的阶梯来模仿正弦波,使输出波形失真度削减,谐波大大削减。(3)多级电压阶梯波削减了du/dt,使得对电机绕组绝缘冲击减小。(4)三电平PWM办法把第一组谐波分布带移至2倍开关频率的频带区,运用电机绕组电感能较好地按捺高次谐波对电机的影响。选用三电平PWM办法,每个功率单元的IGBT开关频率为600Hz,若每相5个功率单元串联时,等效的输出相电压开关频率为6kHz,能够下降开关损耗,进步变频器功率,这种变频器可适用于任何普通的高压电动机,且不用降额运用。尽管选用这种主电路拓扑结构会使器材的数量添加,但因为驱动功率下降,开关频率较低且不用选用均压电路,使体系在功率方面仍有较大的优势,一般可达97%。并且,因为选用模块化结构,一切功率单元能够交换,修理也比较便利。(5)三电平拓扑能发作3x3X3=27种空间电压矢量,能够带来谐波消除算法的自由度,能够得到很好的输出波形。

  2.2功率母线技能

  在电力电子技能及运用设备向高频化开展的今天,体系中特别是衔接线的寄生参数发作巨大的电应力,己成为威胁电力电子设备牢靠性的重要要素。从直流储能电容至逆变器的器材之间的直流母线上的寄生电感在一般的硬开关逆变器中,因为瞬时切换时的过电压,会使器材过热,乃至有时使逆变器失控并超越器材的额外安全作业区而损坏,限制了开关作业频率的进步。功率母线按其结构包含:(1)电缆绞线是最常用的传统功率母线,价廉简易,但在IGBT逆变器中,因为电缆线的自感大,与圆截面导线比较,扁平母线的自感只要圆导线的1/3一1/2,而所占的体积只要它的1/10一1/2。(2)印刷电路板母线首要用于小电流逆变器,但当母线直流电流到达150A时,要求电路板的复铜层很厚,造价太高,别的用来衔接多层导线板的穿孔不光占据较大的空间,并且会影响整机的牢靠性。

  (3)裸铜板母线(平面并行母线)是一种工业上广泛运用的IGBT模块馈电体系的传统母线办法,其缺陷是并行母线的互感较大。(4)支架式母线如果将正直流母线铜板放置在负直流母线板上方,中心用一层薄绝缘资料离隔的办法来制作母线,因为磁场的彼此抵消,能够最大限度地下降互感,但其工艺杂乱,不宜规模化出产。

  根据上述几种功率母线都存在着不同的缺陷,为此开发出了迭层功率母线。迭层功率母线是根据电磁场理论,把连线做成扁平截面,在相同的截面下,做得越薄越宽,它的寄生电感越小,相邻导线内流过相反的电流,其磁场抵消,也可使寄生电感减小。迭层功率母线是以又薄又宽的铜排办法迭放在一起,各层之间用很薄的高绝缘强度的资料热压成一体,整个母线极之间的间隔均匀共同,以削减互感,各层铜排都在所需求的端子方位处同其他层牢靠绝缘地引出,使所具有不同电位的端子表露在同一平面上,以便于把主电路中的一切器材与之相连。这种全体的迭层功率母线结构,可接受数百千克的切应力,其导电极之间可接受数千伏的电压。运用迭层功率母线将IGBT和整流管等模块、散热器、电容器及栅极驱动电路组合在一起,迭层功率母线与器材之间的衔接是用不同的端子和插接件等来完结的,使相衔接的触摸外表与母线之间的触摸电阻十分小,也使得寄生电感成数量级地减小,从而使Ldi/dt的过电压应力降至最低,确保电力电子设备作业在最佳状态。

  2.3微机操控和人工智能技能

  选用微机操控技能能够对变频器进行操控和维护。在操控方面:(1)核算断定开关元件的注册和关断时间,使逆变器按调制战略输出要求的电压。(2)经过不同的编码完成多种传动调速功用。如各种频率的设定和履行、发动、运转办法挑选、转矩操控设定与运转、加减速规划与运转、制动办法设定和履行等。(3)经过接口电路、外部传感器、微组织成调速传动体系。在维护方面,在外部传感器及工/0电路合作下,构成完善的检测维护体系,可完结多种自确诊维护计划。维护功用包含:(1)主电路、操控电路的欠压、过电压维护;(2)输出电流的欠电流、过电流维护;(3)电动机或逆变器的过载维护;(4)制动电阻的过热维护;(5)失速维护。

  选用人工智能技能对变频器进行毛病确诊,构成毛病确诊体系,该体系由监控、检测、知识库(毛病模式知识库或毛病确诊专家体系知识库)、推理组织、人机对话接口和数据库组成,不只在毛病发作后能精确指出毛病性质、部位,且在毛病发作前也能猜测发作毛病的可能性。在变频器发动前对确诊体系自身及变频器主电路(包含电源)、操控体系等进行一次确诊清查隐患。若发现毛病现象则调用知识库推理、判别毛病原因并显现不能开机,如无毛病则显现能够开机。开机后,实时检测确诊。作业时对各检测点进行循环查询,存储数据并不断改写。若发现数据越限,则认为可能发作毛病,当即定向追踪。若几回查看成果相同,阐明的确出了毛病,所以调用知识库进行剖析推理,断定是何种毛病及其部位,显现出来,严峻时则发出停机指令。

  2.4其它各种技能

  近年来,国内外一些公司都在研发新式“无电网污染”的高压变频器。据报道,这类变频设备具有高功率因数、高功率、无谐波污染、无需专用电机等长处,选用了多项先进技能:(1)在变频器的逆变器直流侧经过弯曲变压器移相完成30“脉波整流,使设备的谐波按捺才能大大加强,使电网侧电压与电流之间简直无相移,因而功率因数能够接近于1。(2)将全数字化光纤操控技能运用于变频器,使其操控柔性和牢靠性大大进步。(3)功率单元规范模块化、IGBT驱动电路智能化。

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