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大功率高压变频器的设计及应用

作　者: 吴芳
导　师: 贾春娟
学　校: 山东大学
专　业: 电气工程
关键词: 大功率高压变频器单元串联多电平PWM电压源型恒压频比控制 SPWM调制技术变频调速节能
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前,我国工业用电是社会用电主要构成部分,高压电机在国内应用极为广泛,主要拖动风机、泵类、压缩机及其他大型机械,是工矿企业的主要动力。而现阶段我国电机系统运行效率低,能耗高,致使设备长期运行在低负荷状态,因此电机系统节能势在必行。变频调速成为现阶段最有效的电机节能设备。对应此种方式派生了几种类型的高压变频器,如电流源型、三电平PWM电压源型、单元串联多电平PWM电压源型等变频器。单元串联多电平PWM电压源型等变频器以其实现简单、应用范围广、成本低、易于改造以及便于服务等优点成为国内市场高压变频器行业主流。基于此类型变频器,本文介绍了高压变频器系统结构并详细阐述了控制柜、功率柜及变压器柜等各柜实现方式。变压器柜主要介绍了移相变压器的原理及参数选取；功率柜以功率单元为重点说明了单元的主回路的实现,并重点阐述了整流桥、IGBT、电解电容的原件参数及选取；控制柜作为变频器控制系统,一方面实现上位机的监控,实现数据实时传输；另一方面负责下位机控制逻辑实现及数据传输,保证系统安全可靠运行。因此控制系统一方面叙述了控制单元的组成及各部分功能,另一方面讲述了PLC实现设备的电气控制及与上位机或远程终端进行通信等功能。高压变频器控制策略主要介绍了v/f控制策略,广泛应用于风机、水泵等负载类型。它的优点是能明显改善输出波形,降低电动机的谐波损耗,并减小转矩脉动,简化了逆变器的结构,加快了调节速度。调制波变换技术的应用可以改变电路输出电压的大小及输出频率,在提高电压利用率的同时减少开关次数。移相载波PWM调制技术将SPWM与移相载波结合起来,使PWM脉冲的幅值增大但电平数和等效开关频率都不会增加且du/dt小,是一种较好的PWM调制方式。最后利用MATLAB仿真软件实现了8个H桥功率单元串联的仿真。在实验阶段,以自动化高压变频器试验站为实验设备,对1000kVA/10kV高压变频器按实验步骤完成了装置在20Hz、30Hz以及50Hz的空载实验,并记录电压波形及各项实验数据,同时出具了在以上各频率时的仿真波形,做了对比。以变频调速节能原理及风机运行性能为依据,高压变频器在工业中的应用中主要以除尘风机和引风机为例,对变频器应用做了可行性分析并按实际运行数据计算出节电量,节能效果显著达到预期目的。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-16
  1.1 引言  11-12
  1.2 变频调速的发展  12-15
    1.2.1 早期变频调速技术  12-14
    1.2.2 国内外高压变频器应用现状  14-15
  1.3 本文的主要任务及目的  15-16
第2章高压变频器的方案设计  16-23
  2.1 需求分析  16
  2.2 系统原理及配置  16-22
    2.2.1 一拖一自动旁路变频器系统原理  16-17
    2.2.2 一拖一自动旁路变频器系统配置  17-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章高压变频器的硬件设计  23-41
  3.1 移相变压器柜配置  23-28
    3.1.1 移相变原理  23-25
    3.1.2 移相变分类  25-26
    3.1.3 移相变参数选取  26-28
    3.1.4 移相变附件选取  28
  3.2 功率柜配置  28-34
    3.2.1 功率单元结构  29-30
    3.2.2 功率单元主要器件参数与选型  30-34
  3.3 控制柜配置  34-39
    3.3.1 控制单元实现  34-37
    3.3.2 PLC模块配置  37-38
    3.3.3 变频器对外接口配置  38-39
    3.3.4 接口的功能定义  39
  3.4 本章小结  39-41
第4章高压变频器的算法设计  41-50
  4.1 恒压频比控制(U/f)  41-43
    4.1.1 U/f定义  41
    4.1.2 异步交流电机工作原理  41-42
    4.1.3 恒压频比开环控制  42-43
  4.2 高压变频器的调制波变换技术方案  43-46
    4.2.1 PWM控制基本原理  43-44
    4.2.2 SPWM变换技术  44
    4.2.3 优化SPWM变换技术  44-45
    4.2.4 移相载波PWM调制技术  45-46
  4.3 功率单元串联式多电平系统的建模与仿真  46-49
    4.3.1 MATLAB仿真工具  46
    4.3.2 建模与仿真  46-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章基于10kV多单元串联高压变频器的试验  50-58
  5.1 试验设备  50-51
  5.2 试验实现  51-56
    5.2.1 系统描述  51
    5.2.2 试验步骤  51-56
  5.3 试验结论  56
  5.4 本章小结  56-58
第6章高压变频器的应用  58-69
  6.1 变频调速节能原理  58-63
    6.1.1 风机的参数及特性  58-60
    6.1.2 调节风机的风量的途径  60-63
    6.1.3 应用变频调速装置的特点  63
  6.2 应用案例节能分析  63-67
    6.2.1 变频调速装置在除尘风机中的应用  63-65
    6.2.2 变频调速装置在电厂发电机组引风机的应用  65-67
  6.3 本章小结  67-69
第7章结论与展望  69-71
  7.1 本文结论  69-70
  7.2 高压变频器展望  70-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
学位论文评阅及答辩情况表  76

大功率高压变频器的设计及应用

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