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变频器技术发展中存在的问题及对策

变频器技术发展中存在的问题及对策

点击数:7181 次   录入时间:03-04 11:49:50   整理:http://www.55dianzi.com   变频器基础

   

    变频器在运行过程中,由于内部相控整流和不可控二极管整流,输入电流的波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还会引起严重的高次谐波污染。另外,在使用过程中电流和电压的急剧变化会给周围的其他电子设备造成严重的电磁干扰。为此,许多国家都已制定出限制谐波的国家标准。国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国先后于1984年和1993年制定了限制谐波的有关标准。

    抑制变频器在运行中产生的谐波的方法是进行谐波补偿,即增加谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置有LC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧坏。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果不甚理想,但该装置结构简单,目前仍在广泛应用。

    电力电子器件普及应用后,采用有源电力滤波器进行谐波补偿成为主要方法,有源电力滤波器的工作原理是从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。它已得到人们的重视,并逐步推广应用。

    随着电子技术的不断发展,使用SCRGTOIGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展。其中,静止无功发生器的效果最为显著。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采用多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大地减少补偿电流中的谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的电抗器和电容元件小,大大缩小了装置的体积和降低了成本,它代表着动态无功补偿装置的发展方向。

    另一种抑制变频器在运行中产生的谐波的方法是改变变流器的工作机理,做到既能抑制谐波又提高功率因数,这种变流器称为单位功率因数变流器。大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术,将多个方法叠加,以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦波的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦波,但电路结构也越复杂。

    变频器的电磁波干扰抑制措施就是要克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt。目前,比较引人注目的有零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。实现零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)的方法如下。

    ①在开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减小了开关损耗。

    ②在开关器件上并联电容,当开关器件关断后抑制du/dt上升,使器件上不存在电压、电流重叠区,减小了开关损耗。

    ③在开关器件上反向并联二极管,在二极管导通期间开关器件呈零电压零电流状态,此时驱动器件导通或关断,能实现ZVSZCS动作。

    变频技术作为高新技术、基础技术和节能技术,已经渗透到经济领域的所有技术部门中。今后主要的研究开发项目如下。

    ①由数字控制的大功率交一交变频器供电的传动设备。

    ②由大功率负载换流的电流型逆变器供电的传动设备在抽水蓄能电站、大型风机和泵上的推广应用。

    ③电压型GTO逆变器在铁路机车上的推广应用。

    ④增强电压型IGBTIGCT逆变器供电的传动设备的功能,改善其性能,如四象限运行,带有电动机参数自测量与自设定、电动机参数变化自动补偿以及无传感器的矢量控制、直接转矩控制等。

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