罗宾康变频器培训资料

谐波有哪些危害
• 谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用 电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。 • 谐波影响各种电器设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外 ，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容 器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。 • 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使 危害加剧，甚至引起严重事故。 • 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电器测量仪表计量不准 确。 • 谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者 导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
AC Input; fixed Frequency, fixed Voltage
AC-DC Conversion DC Link
Capacitor or Inductor
AC Output; variable Frequency, variable Voltage DC-AC Conversion
Motor
常用逆变器结构
GTO/SGCT电流源型逆变器 三电平电压源型逆变器 单元串联多电平移相式PWM电压源型逆变器
GTO/SGCT电流源型逆变器输出波形
Voltage
Current
NPC逆变器输出波形
dv/dt 输出电压
完美无谐波变频器输出相电压波形
CELL 1 单元 1 CELL 2 单元2 CELL 3 单元3 COMPOSITE 合成
二极管六脉冲整流电路
wk.baidu.com• 电路简单,可靠
• 直流母线电压VDC= 1.35*Vin
• 通常用在PWM电压源型变频器 中
六脉冲二极管整流电路输入电流波形
12 脉冲二极管整流电路
To Inverter
3-PHASE MV INPUT
输入滤波器 12 Pulse Rectifier
To Inverter
一体式整流干式隔离变压器
完美无谐波变频器满载时输入波形
不同整流结构输入电流谐波失真比较
• 6 脉冲电压源加 2.5% LR • 6脉冲电流源加 2.5% LR • 12脉冲电流源加 5% LR • 12 脉冲电压源加5% LR 40% 30% 15% 9%
• 18脉冲电流源输入
4%~5%
• 单元串联多电平变频器(5cells/phase) <2%
四 有效降低启动时的电网干扰和输入谐波
• 大电机启动时对电网及其他设备无影响。 • 启动时无冲击电流，谐波也被控制在很低程度， 避免继电保护装置误动作，对附近的计算机、 通讯装置也无影响。
应用范围
罗宾康产品在中国许多行业拥有众多的客户，尤其是完美无谐 波系列高压变频器更是这样。 • 火力发电-送风机，引风机，循环水泵，冷凝泵，给水泵，灰 浆泵等。 • 水处理-取水泵，配水泵，污水泵。 • 石化-风机，压缩机，油泵。
输入功率因数
变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节(电压源型或电流源型) 有关。
电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供， 而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，在整个速度 范围段内基本保持不变。 电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电 网交换，功率因数较低，且随着电机负载的降低而降低
输入谐波的标准
IEEE519-1992国际标准
GB/T14549-93国家标准
GB/T14549-93国家标准
对电压而言，就6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4% 对电流而言，在基准短路容量为100MVA的条件下，对每次 谐波电流的幅值提出了具体的要求，对6KV电网： 2次谐波电流小于43A 3次谐波电流小于34A 4次谐波电流小于21A 5次谐波电流小于34A 6次谐波电流小于14A 将各次谐波换算成百分比，也为4%左右。
异步电机 交流电机
等效
同步电机
电机调速的方法
N = 60 f1 (1-s)/ p f 1= 电机供电频率，S = (n1-n)/n1 转差率，P = 电机极对数
电机调速分类
• • 改变电机的极对数 改变电机的转差率
1. 2. 3. 4.
•
转子串电阻调速 定子调压调速 电磁转差离合器调速 转子串级调速
P T n2
Pw T*n n3
Pw = Q *P /(c * b)
二 改善工艺
• 启动时压力或风量更平稳。 • 被控量调节更及时，准确。
• 减少风机喘震或水泵水锤效应。
三 延长电机及其他设备寿命，降低维护成本
• 电机启动电流被限制在额定电流，对电机或机 械无启动冲击。 • 机械转速降低，有效降低机械磨损。
+ D1 AC D2 D4 D6 D3 D5 DC
六脉波整流电路
直流环节
• 也称滤波或储能环节
• 由电感或电容组成 • 用于负载与整流器之间的无功功率 的缓冲 • 抑制直流侧电压或电流的脉动
电感
电容
逆变器
• 将直流电压或电流转换成频率、电压可变的交流电
• 器件工作于开关状态
• 每个器件并联续流二极管
美国罗宾康公司完美无谐波变频器
输入功率因数 大于0.95
高压变频器的性能指标之三
输出波形质量
变频器输出波形质量
包括输出谐波、dv/dt、共模电压、转矩脉动等指标。变频 器输出谐波与变频器逆变器的结构密切相关。
变频器输出波形对电机的影响： 变频器输出谐波会引起的电机附加发热和转矩脉动，噪音 增加，输出dv/dt和共模电压会影响电机的绝缘。
罗宾康高压变频 现场技术培训
第一部分 为什么要用 完美无谐波变频器?
一 节能
P
A
P2 P1
泵特性曲线
P
B
P1
泵特性曲线 速度 1
节约功率
系统特性曲线
工作点
P2
泵特性曲线 速度 2
输出功率
Q2 Q1
Q
Q2
Q1
Q
A.用调节风门来调节风量时的曲线
B.靠调节电机速度来调节风量时的曲线
风机或泵的比例公式
Qn
K=N*P±1
N为整数，P为脉冲数。
而谐波的幅值与次数是成反比的
完美无谐波高压变频器采取多重化有效消除输入谐波。 以6KV变频器为例，变压器的18个二次绕组，采用延变三角形联结，分成 6个不同的相位组，互差10度电角度，形成36脉波的二极管整流电路结构
完美无谐波6KV系列高压变频器结构(36脉冲整流)
Pulsation Frequency in Hz 脉动频率
转矩脉动 电流源型变频器在满载 30HZ时情况
罗宾康完美无谐波变频器输出波形质量
• 完美无谐波变频器输出的波形与正弦波非常相 近，而且dv/dt幅值小，不必设置输出滤波器， 就可以使用原有的普通旧国产异步电机。 • 在国内大部分应用中都是6KV旧国产电机，其 中很多绝缘等级都是B级，从应用的情况看，没 有对电机产生危害。
输入谐波结论
按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结 论： 整流电路脉冲数至少多于18脉冲(包括18脉冲)才能满足 输入谐波的标准。
罗宾康完美无谐波变频器
6KV系列整流电路脉冲数为36脉冲输入谐波远远小于规定的标准， 在不用滤波器情况下一般在2%以内，不会对电网产生影响。
高压变频器的性能指标二
12 脉冲二极管整流电路输入电流
消除输入谐波的有效方法
减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流 从理论上可以推导出下列结论： 12脉冲整流：11次以下谐波自动抵销 18脉冲整流：17次以下谐波自动抵销 24脉冲整流：23次以下谐波自动抵销 30脉冲整流：29次以下谐波自动抵销 36脉冲整流：35次以下谐波自动抵销
输入功率因数曲线
Robicon Perfect Harmony Series vs. Convential CSI
Perfect Harmony罗宾康公司完美无谐波变频器
Power Factor (%) 功率因数
CSI普通电流源变频
Percent Load 负载百分比
Total power factor includes distortion and displacement power factor.
dv/dt
山东东营胜利电厂实测波形 1400kW/6kV 满载 50Hz
A-B相线电压波形
A相电流波形
T o r q u e P u ls a t io n s a t 3 0 H e r t z , F u l l L o a d
转矩脉动P e r f e c t H a r m o n y V a r ia b le F r e q u e n c y D r iv e 完美无谐波变频器在满载 30HZ时情况
功率单元输出波形图
第三部分 高压变频器性能指标
常见高压变频器的分类 • 按输出形式分：
1. 高-高型 2. 高-低-高型
•
按电路结构分：
1. 三电平（中点钳位式） 2. 两电平 3. 单元串联多电平
•
按缓冲电路分：
1. 电压源型 2. 电流源型
高压大功率的性能指标一
输入谐波
输入谐波的概念
Fundamen ta 基波
• 谐波就是无用和有害的 电压和电流，一般频率 变化并且和基波叠加在 一起 • 谐波产生于非线性负载， 使得电流和电压不成比 例
3rd Harmonic 3次谐波
3x
x
加入5次谐波
300 Hz
高压变频器输入整流环节都为非线性的，会对电网产生谐波， 其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数(或多重化的次 数)密切相关。
•
•
•
变频器结构图
（三相输入单相输出）
C1
Q1
+ 1 Q3
IGBTQ1-Q4
A
2 + 3 Q2 Q4
T2
B
Power Output of Cell
T1
整流部分
直流环节 逆变部分
IGBT工作原理
Uc1
T0
t UAB i Q1Q2合
UAB
Q1Q2合
t
t
T
Q3Q4合
Q3Q4合
当Q1、Q2同时闭合时，电机上的电压为A点高，B 点低；Q3、Q4同时闭合时，则电机上的电压为A 点低B点高。这样和连续不断地交替开合，在电机 两端就形成了一交变电压，也就是交流电。
高压变频器的性能指标之四：可靠性
• • • • • 变频器的结构 使用的功率器件 外部电源波动对变频器的影响 公司经验与使用业绩 是否有冗余手段
U un
f0
调压调频曲线
f
通用变频器的基本结构
• 整流器 • 中间直流环节
• 逆变器
• 控制电路
AC DC AC
整流器
直流环节
逆变器
电动机
控制电路
整流器
• 三相全波半控整流： 效率略低，可省去充电限幅电路。 • 斩控式整流器（PWM整流器）： 效率高，功率因素可调，能量可回馈电网 • 三相全波桥式二极管整流： 效率高，成本低，控制简单
Pe rc e n t o f R a t e d To rq u e
9 0 0 H P , F o u r - P o le M o t o r o n R o b ic o n
Rated Torque (%) 额定转矩%
P u ls a t io n F r e q u e n c y i n H z
• 器件为全控型（GTR，GTO，IGBT，IGCT等）
D1 U1 D2
D3 C1 D4
K1 A M
K3 B
K4
K2
通用变频器的分类
• 按主回路结构形式： 1. 电流源型 2. 电压源型 按控制方式分： 1. U/f控制 2. 转差频率控制 3. 矢量控制 4. 直接转矩控制 按输出电压调节方式分类 1. PAM(脉冲幅值调制方式) 2. PWM(脉冲宽度调制方式) 按采用的功率器件分类 1. BJT(双极晶体管) 2. GTO(门极可关断晶闸管) 3. IGBT(绝缘栅双极晶体管) 4. 其他
改变电机的供电频率，即变频调速
三 保持磁通恒定的必要性
• 电机在额定速度下都应保持磁通恒定 • 磁通太强-电机励磁电流过大
• 磁通太弱-电机铁芯利用不充分，输出力矩 下降。
四 变频器的基本原理
• E=4.44 f1 K N Ø f1 - 电机频率。 N - 每相绕组匝数 Ø - 电机气隙磁通 K - 与绕组有关的常数 Ф=E/(4.44*K*N*f1)=KФ*(E/f1) ≈KФ*(U/f1) • VVVF- 变压变频同时进行是电 机正常运行的需要
• 钢铁-焦炉鼓风，转炉除尘风机，水泵。 • 采油（包括近海）-注水泵，输油泵，电潜泵。
第二部分 通用变频器基础知识
一 变频器的概念
• 是一种控制交流电机的装置. 它将固定电压，固定频率 的电源转换为电压可变，频率可变的电源。 • 变频器控制对象为通用交流电机。
二 电机调速分类
交流电机模型