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对国内流行的多单元串联式高压变频器的反思
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-23 12:07:00 楼主
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国内的高压变频器厂家, 如利德华福等,都在走ROBICON的路线:用复杂的多脉冲变压器,串联一大堆的整流桥和逆变桥以提高电压。而且几乎家家如此,互相拷贝抄袭,几乎把高压变频器变成了劳动密集型产品。

这种拓扑有那么好吗?不说别的,就成本而言,单单是那个变压器,10千伏需要27个副边绕组(最近他们提高了DC LINK电压,绕组数减少了一些,但仍然要24个)。由于铁心和铜材价格翻跟斗似的上涨,现在变压器成本几乎占变频器总成本的40%以上。这使得这种结构由于使用低压半导体而产生的成本优势荡然无存。

反观半导体器件,电压等级越做越高,现在6500V的IGBT,IGCT以及SGCT十分成熟,每安培的价格也以3~5%的速度逐年下降;实用的10千伏器件也呼之欲出。多单元串联技术在10年前是有优势的,因为那时高压半导体器件技术跟不上。但现在看,这种拓扑与半导体技术的发展背道而驰----新的高压半导体技术在这种拓扑中竟然无用武之地,真是电力电子行业的一大怪事!

当然,按流行的说法,这种拓扑有谐波小的优点。

这个可以从两方面来说。第一是输入谐波。理论上,36脉冲变压器的输入谐波小于3%或更低。但实际上,由于受变压器制造工艺和变频器运行方式的制约,这个指标经常达不到,有时甚至高于5%。这是因为多脉冲变压器消除谐波的机理是利用同次谐波在不同副边绕组中的移相角不同。它对变压器有如下的要求:
1)各个副边绕组的负载必须平衡;
2)各个副边绕组的阻抗必须平衡;
3)各个副边绕组的之间的互感必须严格控制;
4)各个副边对原边的电压比必须平衡;
5)各个副边绕组的移相角必须精确。

其中第一条与变频器的运行控制有关,当电机降压运行时,不是所有的单元都输出功率,谐波并不能互相抵消。其他4条与变压器的制造工艺有关,都不太好处理。比如第5条,移相角的问题。以36脉冲为例,一共3*6=18个副边绕组,每6个一组,相互之间移10度。这10度相差一般是通过ZIGZAG的接线形成(EXTENDED-Y OR -D)。在这样小的角度下,用于产生相差的线圈经常只有几匝(大功率变压器本来匝数就少)。如果理论上,算出一个8.4匝,我们只能绕个8匝,这就有5%的匝数误差。反映到相角,有时相差一两度,怎么抵消谐波?根据我自己的经验,18脉冲变压器移相误差2度是经常的事,这时候电流中出现17次以下的低次谐波。脉冲数越多,移相角越小,变压器越是难做。这就是为什么高于36脉冲的变压器基本上做不出来。

第二方面,就是输出谐波和DV/DT小。输出谐波当然是越小越好,但是凡事有个度,关键是我们以什么代价取得这个指标。而且如前所述,变频器降压运行时,有些单元不输出功率,电平数量下降,输出谐波也会升高。我的观点是,不能不顾代价地追求输出波形质量,而应该充分利用电机对谐波的容忍度,经济地选择拓扑。至于DV/DT,一个小的DV/DT滤波器就可以解决问题。

当然,我这里并不是说多电平串联这种结构不能用,而是觉得它和半导体技术的发展严重脱节甚至背道而驰,而且它严重依赖于输入变压器。考虑到国际市场钢材和铜材价格的走向,业界也许该反思高压变频器的拓扑了。说这种拓扑高,是有根据的。ROBICON开发出这种产品后,卖了不少,占了不少的市场份额,却没有赚到多少钱,更在2005年差点破产,结果被西门子收购。西门子家大业大,他们看中的与其说是技术,不如说是市场。

照我说,这种拓扑最大的贡献是降低了高压变频器的技术门槛,让国内高校实验室都可以做出6千伏以上的样机。而且,它很容易理解和掌握,为我国变频器的推广做出了贡献。但是它也易于被复制抄袭,造成蜂拥而起。国内厂家为什么没有3电平的高压产品?为什么没有电流源型的高压产品?原因是这些拓扑技术复杂,不容易掌握。而国外主流厂家除ROBICON外,象ABB,SIEMENS,ROCKWELL,CONVERTEAM(ALSTOM),GE/TOSHIBA等,都没有用多单元串联结构,除专利的因素外,成本因素也不容忽视。

以上只是抛砖引玉,希望引起同行的注意和讨论。另外一些拓扑,比如二极管嵌位三/五电平(西门子,ABB和GE/东芝,ALSTOM等),电容嵌位多电平(ALSTOM),无变压器的AFE电流源(ROCKWELL)等,如果大家感兴趣的话,也可以一一讨论。

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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-23 12:37:00 1楼
  此文原发于研学论坛,纯粹是技术探讨。尽管也提及若干厂家的名字,但作者并没有针对这些厂家的产品性能做出评价。作者无意引发各个厂家之间彼此攻击,只希望能心平气和地探讨高压变频器拓扑结构的未来。



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耿一夫 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-23 13:07:00 2楼
  AB是电流原型
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对你说说 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-23 14:32:00 3楼
  按照楼主的说法,连ROBICON都要倒闭了,国内的LD不是寿命也长不了,LD的市场最好,赚钱很少,前景好不了。哈哈,我估计LD不会同意你的说法,LD还想买个高价呢!前段时间差点脱手了,只是开价太高,国外买方不同意。还有就是帐很是烂,查不清楚。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-24 07:18:00 4楼
  >>>>按照楼主的说法,连ROBICON都要倒闭了,国内的LD不是寿命也长不了,LD的市场最好,赚钱很少,前景好不了。哈哈,我估计LD不会同意你的说法,LD还想买个高价呢!前段时间差点脱手了,只是开价太高,国外买方不同意。还有就是帐很是烂,查不清楚。

LD确实是国产品牌的老大。但目前的问题是,国内厂家随多,但技术却没有什么大区别,产品简单重复,所以只能互相杀价,为争夺市场而不惜血本。大概大家想同归于尽吧!

如果您所言LD在插标自售的事情属实,说明它的投资方(鸿商控股?)想赶快脱身。尽管导致企业现金流出现困难的原因多种多样,但技术层面,这种拓扑的高成本也是一个重要因素。
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对你说说 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-24 12:09:00 5楼
  我也同意,这种拓扑结构的成本很高,没有必要。对于高压大功率,三电平+输出滤波器方案最好。
难道你不知道前段时间LD想买的事情??我还以为地球人都知道!
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jim 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-24 16:04:00 6楼
  学习一下!
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山水 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-24 16:16:00 7楼
  多电平具有的有时还是很明显的,不过难题也很多.
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antisway 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-24 22:15:00 8楼
  楼主是这方面的高手!
国外大公司是不会卖三电平的变频器给我们的驱逐舰和潜艇的!
如此下去我们如何能够收回宝岛呢?
前几天听说清华那边有搞三电平变频的,希望他们不是为了名利,能够真正的把这项技术弄好。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-25 07:26:00 9楼
  下面引用由antisway在 2007-7-24 22:15:00 发表的内容:
  楼主是这方面的高手!
国外大公司是不会卖三电平的变频器给我们的驱逐舰和潜艇的!
如此下去我们如何…
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如果涉及军事用途,估计国外公司连卖多电平也顾虑重重. 不是不想卖,而是怕政府找麻烦. 国内应该有三电平的产品吧? 至少在2千伏以下应该有,因为没有太大的技术障碍,特别是器件. 电压再高, 就不容易做了. 高压半导体不是谁都可以用好的. 不知道舰用电源电压和频率是多少?
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山东风光变频爆炸啦! 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-26 14:58:00 10楼
  LZ 行家啊

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FF帆 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-26 15:47:00 11楼
  学习了,收藏
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laii 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-27 22:55:00 12楼
  存在既是合理,为什么多电平那么多厂家生产,就是因为技术门槛低,如果大家都生产这种变频器,价格自然就下来了,对用户也是一件好事!
至于这种拓扑结构,LZ说高压器件已经很成熟了,但是您知道高压器件的驱动成熟吗?坏一只高压器件要多少钱啊?谁投得起?再说了,都没有大批量使用,成熟的说法从何而来?
为什么国内很多原来做三电平的厂家都开始从串连结构了?因为只有串连结构才最适合中国节能市场的国情。
个人认为,就目前而言,与其从新研究拓扑结构,不如想办法在现有的拓扑上多做文章,变压器贵,可以想办法用其他方式代替(LZ可以去了解一下,已经有一些方法了,虽然还在研究当中)。
其实,国人应该多在产品化和生产工艺上下功夫,毕竟现在国产产品的可靠性还是太低了。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-28 09:46:00 13楼
  我同意laii所说的存在就是合理的说法。但目前串联式多电平生产厂家多所引起的恶性竞争,从长远上说,对厂家和用户都是不利的。

laii网友似乎对高压半导体器件的行情不太了解,6.5kV的各种器件,包括其驱动部件,已经被大量地用于国外一线厂家的变频器,而且可靠性非常高。使用高压器件的好处是半导体器件的用量减少,可以从整体上提高了变频器的可靠性。高压半导体比低压的贵,这要求厂家在器件应用上扎扎实实地下工夫,而不能象现在这样浮躁,东挖西抄的。就象计算机的发展一样,我们不能因为双芯CPU贵而老停留在奔腾赛扬或者MMX吧?

我不认为“只有串连结构才最适合中国节能市场的国情”,否则很难解释ABB,AB(ROCKWELL),SIEMENS等非串联结构的厂家在中国所取得的漂亮业绩。准确的说法应该是“只有串连结构才最适合的国产变频器厂家”,因为国产厂家技术水平低,用不好高压半导体(太打击自信了!我也痛恨自己说这样的话)。

当然,如果不用变压器的多电平技术能实现,那最好。有些文献报道过,甚至可以找到几个专利,其中以日本的Hiro Akagi提出的方法还算有点谱,但也不过是把变压器移动到DC LINK中,以高频来减小变压器的体积。象其他多数类似文章或专利一样,也只停留在纸上谈兵的阶段,离使用还差的远呢!

而电流源拓扑和三电平技术,是最能摆脱变压器的两种技术。AB公司的DIRECT-TO-DRIVE (电流源) 和CONVERTEAM 的TRANSFORMERLESS drive(NPC三电平),是成熟的产品。特别是ROCKWELL,他们在北美销售的6.6千伏以下产品,现在几乎都是不用变压器的。可以预见,随着高压半导体的进一步降价和变压器的涨价,这两家将会有很大的竞争优势。

  下面引用由laii在 2007-7-27 22:55:00 发表的内容:
  存在既是合理,为什么多电平那么多厂家生产,就是因为技术门槛低,如果大家都生产这种变频器,价格自然就下…
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山东风光变频爆炸啦! 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-07-30 10:50:00 14楼
  这里面行家确实不少

LZ所言既是,目前多单元串联门槛低些
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邓志平 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-02 16:04:00 15楼
  ddd
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邓志平 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-02 16:16:00 16楼
  LZ看来是变频的专家,我赞成LZ的想法,我现在九洲负责高压变频研发,也是采用功率单元串联式的结构,变压器的成本占30~40%,而且大功率的变频器也遇到了功率单元庞大的难题,正在准备采用ROCKWELL式的结构开发新一代高压变频器,当然有很大难度,我们这里有AB的变频试验站和变频器可以借鉴,LZ可以进一步与我们交流新想法。
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削锋 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-02 16:20:00 17楼
  学习。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-03 12:25:00 18楼
  TO 邓志平: 
邓工所言极是! 到底是搞过产品开发的人,而且难得电压源电流源都有研究。

如果真要搞电流源,几个关键问题是:电流源的优势和弊端,想清楚没有?有搞电流源的人嘛?现在国内高校教的可都是电压源,因为师傅们只会电压源。大师们对电流源的理解基本停留在上个世纪80年代,还在SCR,GTO的瞎说一气。每到我看到一些专家写的东西,看他们怎么评价电流源,我就想笑。他们要么是不看文章,IEEE 90年代之后的关于电流源的文章他们根本就没有看懂过,要么是故意睁眼说瞎话骗用户。

和电压源比较起来,电流源技术要求高一些,不容易仿制。如果真干起来,却发现买不到半导体器件,或者控制不好整流器,或者解决不了共模电压,或者发现均压太难,你又在国内招不到懂行的人,问题多多哟!




邓志平在 2007-8-2 16:16:00 发表的内容:
  LZ看来是变频的专家,我赞成LZ的想法,我现在九洲负责高压变频研发,也是采用功率单元串联式的结构,变压…
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邓志平 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-03 14:33:00 19楼
  深:你的名字太有材了,没错,我向三菱了解了一下SGCT的市场,还属于军工产品,算来价格不会低了,老外垄断,咱们就抬不起头啊,希望国产的功率器件紧快发展。关于均压的问题,我想不会太难,GCT的耐压为6500V,电流也很大,会减小设计难度的,这方面的问题,我也正在学习,请多指教。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-04 08:43:00 20楼
  邓: 九州是不是尝到电流源的甜头了? 但我不太相信你们会放弃电压源,你们无法解决专利的问题,如果想走新路的话。

你有经验,谈谈两电平的无变压器拓扑,有前途么?国内某公司据说已经做到世界领先水平,解决了IGBT串联的世界难题呢。
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邓志平 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-04 15:43:00 21楼
  楼上所说的可能是佳灵的变频器吧,我没实际见过他们的产品,没法评述。但我想楼主所说的无输入变压器的拓朴结构应该是发展发向。本人十分佩服佳灵在这方面的探索,根据佳灵公开的材料, 这种两电平的IGBT串联式结构有三方面的难点:1、均压2、输出正弦波3、输入共模电压。除此之外,我想,一个好的产品,光有解决方案是远远不够的,必须在质量、工艺、EMC、测试等环节下足功夫,这点也是九洲在和RA和作的过程中吸取的经验。我也希望佳灵既然已经领先一步了,就应该想办法不断完善下去,做精自己的产品,给国人扬眉。
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天使的姐姐99 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-04 16:33:00 22楼
  邓工:请看到留言,请与我联系,我有技术问题想请教!
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-05 03:53:00 23楼
  佳灵的产品确实比较有特色。2电平的逆变器,逆潮流而动,做得还算成功。但我仍然有些疑问。据来自佳灵的资料说,他们的开关频率为3kHz,这在高压大功率中是比较高的。这么高的开关频率,对提高输出电流(功率)是不利得,而且对散热的要求很高。我怀疑负载电流到达一定程度时,他们只能降低载波频率,加大输出滤波器,但这面临成本和损耗的制约,特别是电抗器的发热。输出侧还必须考虑共模抑制的问题,这样需要另外一个共模电抗器。

在我看来,加灵拓扑最大的隐患还不在逆变器,而在整流器。不使用变压器时,他们只能用六脉冲整流,输入电流必然含有相当高的5次和7次谐波。要满足谐波标准,他们必须使用输入滤波器。输入滤波器的谐振频率应该在4pu到5pu之间。考虑到6脉冲整流中5次谐波电流的含量高(可高达20%),这个滤波器小不了!

6脉冲整流的另外一个副作用是 DC 纹波大,所以 DC LINK中要个镇流电感。这样佳灵的变频器一共就有4个电感:输入三相滤波电抗,DC扼流电感,输出三相滤波电抗以及共模电感。不知道加起来比变压器便宜多少?

但是,我还是很佩服吴加林先生的,他有一股“下自己的蛋,让别人说去吧”的坚韧,能坚持到今天不容易。不过愚见以为他们确实应该认真考虑寻找更好的整流器结构。



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dingzhenrong88 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-05 19:53:00 24楼
  楼上各位前辈:
    你们好!我是个业余爱好者,有时胡思乱想,请指教。
    我不明白,对高压大功率电机为啥非要使用三相电机,如果选择4到6个三相绕组(这里面有个技术),电机线头不是很多,4到6个串联逆变器器就是输出步进脉冲电压,这样的电机也可以转得非常好,没有必要用移相输入变压器,也不会像佳灵技术那样,用一个逆变器承受全部直流端电压,正弦旋转磁场也不必要,简直就是一个傻瓜高压变频器,不需要大的研发和编程。
   我们做产品能在某个小领域做好就非常不错了,没有必要最求一个完美通用的产品,我认为那些变频器、电机一体化和变频器、电机相距较近的场合完全可以用我说的办法,我们可以放弃普通的节能市场,我们可以在新装备的设备上、大修改造上发挥我们的压倒性的优势。
    我们为啥不走捷径?为啥要被正弦旋转磁场、管子耐压、输入谐波难住?况且,我说的方法有绝对的优势,没有输入变压器,系统效率高、4到6个串联逆变器共同分担直流端电压(由每个逆变器的滤波电容解决逆变器之间的动态均压),系统可靠性高、价格便宜(可以是非常便宜),不用输入变压器,也有解决输入谐波的方法。
    非常盼完望楼主程工指教。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-06 00:51:00 25楼
  说实话,高压变频器之所以能生存和发展,主要原因是电机理论几十年来没有重大突破。如果你能在这方面琢磨一些名堂出来,那到是非常有意义。如果某一天电机能自己调速,则所有的变频器厂家都可以关门大吉。

我不太看明白你的意思。但首先你如果想用脉冲控制,象控制步进电机一样控制高压大功率电机,恐怕是行不通的。这与侧重位置控制的步进电机不同,高压大功率电机因为机械负载不一样,对转矩、效率要求也不同。

当然我可能误会了你的意思。你能画一个图给大家看看么?
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第五世纪冰川 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-07 01:07:00 26楼
   邓志平 , 深度迷糊  可以肯定都是高压变频器的高手,向你们学习.我虽未实际接触过 串联式多电平 外的其它高压变频技术但我支持 laii 的观点.我感觉你们过于指责现在的 串联式多电平 技术了.

1.可以肯定这一技术不是发展的主流方向,但在目前的形势下它具有很现实的意义,因为它解决了相当的工程问题.
2.指责没有错,可你们现在有成熟的 非串联式多电平 产品吗? 有 ,能满足中国市场吗?
3.在技术上没有外国公司强,这是现实,可你看到了公司的经济实力了吗?我们能比过人家吗?光靠豪言壮语造不出原子弹,经济实力是核心.
4.作为公司一只眼盯市场,另一只眼盯技术,有市场的存在就应该提供这种技术而不管是否先进!另一面来说没有新技术难道就让外国公司一统天下,我们不是可以用"旧"技术占领相当一部分市场吗?
5.现在高压变频器相当一部分是用于电动机的节能的.变压器的成本虽高,可有一点,它是可以回收的!但那些浪费的能源呢,只能是浪费.如果要等全国人民搞出 非串联式多电平 的变频器来才用于工程中,我想黄花菜早就凉了!
6.国内也有搞 非串联式多电平 的,但技术很难,要一大笔资金的支持,也许你们想不到这些资金可能来至于 串联式多电平 产品.

当然了,技术在进步,我很佩服你们的精神和行动,中国高压变频器需要你们这种人才.如果中国工控界所有人都有你们这么上进就好了!

我相信用不了多长时间,国产的,可靠的,廉价的,甚至是完全自主知识产权的 非串联式多电平 高压变频器会面市的1
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-07 08:25:00 27楼
  "第五": 

很高兴有您这样搞串联多点平的人参与讨论。

和邓工一样,我也是高产品开发的,我写这些的出发点不是想攻击串联多电平的技术方案,而是表达作为技术人对拓扑的一点反思。

我很同意你的观点,“这一技术不是发展的主流方向”。那么作为搞技术的,我们自然会想:技术的发展方向是什么呢?我写这些东西的目的无非是想抛砖引玉,让大家能冷静地思考高压变频的未来。

您所谓“国内也有搞 非串联式多电平 的”,愿闻其详。
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第五世纪冰川 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-07 10:27:00 28楼
  很抱歉,由于个人原因未能加入到那个团队,另也因商业原因在此不能提供更多的信息.可以透露一点,研发设在广东深圳.据我所知目前进展很缓慢,困难很大,但几个朋友很有信心.我也相信他们的能力.

的确,是通过冷静地思考高压变频的未来,几个朋友才做出近似于自杀式行动,投入到 非串联式多电平 变频器!

串联式多电平也是没办法的办法!
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dingzhenrong88 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-07 13:44:00 29楼
  TO:深度迷糊

     你好!你仔细想一下,现在原有的SPWM变频技术,其旋转磁场实质是步进旋转的,每过一个载波三角波,旋转磁场步进一格,只是这种步进旋转磁场需借助三相绕组在通入SPWM脉冲波来实现.若电机不是三相的,是12--16相的,给这些绕组通入普通的步进方波,电机是可以旋转的很好的,只是这时旋转磁场不是空间正弦分布的,而是矩形分布.

     你认为,为去掉输入变压器,高压大功率电机的线头从3个增加到12--16个能否接受?
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-08 11:35:00 30楼
  你提的方法恐怕要电机制造专业的人才能回答。也许6相绕组的电机所需要的逆变器开关频率比3相电机绕组低一倍。但我不知道其运行效率和制造成本的差别有多大。

旋转磁场是我们人为的数学抽象。你加步进脉冲,速度到一定的时候,仍可以抽象为旋转磁场,不过谐波成分大些罢了。SPWM之所以优越于方波控制,是因为它的谐波含量可控而且可以通过提高载波频率而减小低次谐波。方波控制的损耗和转矩脉动是你必须面对的大问题。
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dingzhenrong88 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-09 08:56:00 31楼
  TO:深度迷糊
     你说的谐波是基于三相绕组和三相电压的,对我的想法,不是这样理解的。
     你可以把我的想法理解为转子固定、定子旋转的直流电动机,直流电动机没有谐波问题。
     三相绕组通入直流电,无论怎样改变绕组电流方向,只有6个磁场方向。100相绕组通入直流电,有200个磁场方向,用机械换向器就是直流电动机,当然也可以用电子换向器,只是我们不能接受电子换向器与电机有至少100个线头。无论机械换向器还是电子换向器,可以说都是给绕组加上步进电压,这时对电机来说是没有谐波问题的。
     通入直流电,三相绕组太少,100相绕组太多,在这之间,选择12--18相绕组较好,线头不太多,12--18相绕组分成4-6个三相绕组分别接入4--6个串联的三相逆变器,每个三相逆变器分担直流端电压的1/4-6,这给高压变频器的设计制造带来很大的方便。这里,每个三相逆变器不排斥使用SPWM。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-25 09:16:00 32楼
  我不明白,绕组通直流电,又不用换相器,电机怎么会转?既然是直流,还要逆变器干什么?

你的“直流”是不是步进脉冲?你用步进脉冲依次激励多组定子线圈以牵引转子旋转?如果是这样的,就别想了。谐波、损耗和转矩脉动,问题太多了。

说实话,我有点没不懂,让其高水平的网友来回答吧。
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邓志平 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-25 11:23:00 33楼
  采用直接驱动技术的中压变频器
采用直接驱动技术,
中压变频器不再需要隔离变压器

目前,罗克韦尔自动化PowerFlex 7000系列中压变频器
推出了无需隔离变压器的型号,不仅提高了工作效率,
减少了体积和重量,还降低了设备的总体拥有成本

 如果不再需要使用隔离变压器该有多好!罗克韦尔自动化首次在工业领域推出了无需变压器的中压变频器。

 Allen-Bradley PowerFlex 7000中压交流变频器采用了由罗克韦尔自动化开发的新型直接驱动技术,从而避免了使用隔离变压器带来的诸多不便。通过这一新技术,不再需要隔离变压器,就能直接将供电线路与中压变频器连接。

 对于那些需要使用变压器,但是控制室空间又有限的工业场合,这一新技术更具有战略意义上的优势。比如,在高海拔地区的采矿项目中,采用变压器就可能会出现问题。因此,在这种情况下,需要采用无变压器的中压变频器。同样,直接驱动技术还可用于石油、天然气、制糖、水/污水处理、电站、水泥加工等行业。

 采用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器具备消除共模电压(CMV)、降低谐波、减少变频器系统体积和复杂程度的优势。不仅如此,还能为用户节省投资,降低运输和安装费用,提高操作效率,从而实现较低的设备总体拥有成本。

创新设计

 PowerFlex 7000直接驱动技术包括三项创新设计:新型共模电压抑制保护、AFE主动式前端滤波器和SGCT对称门极换流晶闸管。

 在直接驱动技术开发出来之前,大多数中压变频器生产厂商都采用多绕组隔离绝缘变压器保护电机免受共模电压的影响。变压器用于隔离供电系统接地回路和变频器系统的接地回路,从而允许电机中性点接地。

 虽然采用这种方法可以保护电机免受共模电压的影响。但是,原来影响电机的共模电压将影响到现在的变压器和导线绝缘层。因此,为了抑制共模电压,必须增加变压器绕组和导线的绝缘层,从而增加了工作量和相关费用。

 罗克韦尔自动化加拿大中压系统总部产品经理John Kwarta先生介绍道,作为代替隔离变压器的方法,PowerFlex 7000直接驱动技术利用零序电抗,达到了消除共模电压对电机中性点影响的目的。现在,无需使用隔离变压器,就可以在中压变频器中采用标准的电机和电缆。

减少谐波

 制造厂商尝试着不同的方法去消除谐波,这也是变频器设计过程中最为复杂的环节。隔离变压器通常采用二次侧绕组相移的方法去减少谐波。 Kwarta先生补充道,“二次侧绕组越多,所使用的整流脉冲数也就越多,获得的谐波抑制效果也就越好。但是,如果二次侧绕组数目超过15,相关功率器件的数目和复杂程度就会成为系统的主要缺点。另外,这种方法需要非常完美地平衡三相供电,从而达到最佳谐波抑制效果。

 为了代替隔离变压器,PowerFlex 7000直接驱动技术中的AFE滤波器采用半导体换流方法,减少线电流谐波,使其符合全球大多数应用项目所能接受的谐波标准。AFE滤波器与广为人知的PWM脉宽调制滤波器一样,可以在不使用相移隔离变压器时,采用SGCT控制PWM换流模式,从而避免变频器产生高次谐波电流。


节省体积、减轻重量

 工业领域的用户一直在寻找节省控制柜体积的方法。通常情况下,隔离变压器将会占到整个变频器系统体积的30%~50%,总重量的50~70%

 与采用隔离变压器的传统系统相比,使用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器能够显著节省体积,减轻重量。一套采用隔离变压器,950kW(1250马力)的变频器系统体积约为13立方米,重量高达4300千克。然而,相同电压等级,相同功率等级的无变压器PowerFlex 7000中压变频器体积缩小了60%,仅为5.4立方米,重量减轻了65%,仅为1350千克。体积更小,重量更轻的变频器系统意味着无需将变频器和变压器分开运输,不仅节省了运输成本,而且不再需要变频器与变压器之间的连接线。无需变压器的中压变频器可用于改造项目,并能够保留已有的电机、供电系统和控制室,非常合适在空间有限,或者寸土寸金的地方采用。“在石油、天然气钻井平台,以及像香港、新加坡这样拥挤的城市中,控制室空间显得格外昂贵”,罗克韦尔自动化亚太地区中压业务经理沈杰先生介绍道,“用户总是向我们打听有没有体积小一点的解决方案。现在,有了无需变压器的中压变频器型号供他们选择,不仅提高了系统效率,而且还增强了可靠性。”

更高的可靠性

 在电机和变频器系统中,可靠性是重要的性能指标之一。从1999年问世至今,凭借其卓越的无故障运行能力和较少的元器件数目,PowerFlex 7000中压变频器的可靠性已经赢得了业界的高度赞誉。它采用直流链路感应器和反应装置去限制故障电流,保护变频器系统及其所连接的设备免遭损坏。这一方法还避免了在变频器中采用熔丝保险。

 通过采用高电压等级的功率器件,PowerFlex 7000中压变频器最大程度减少了元器件数目。在典型的4160V,750kW(1000马力)电机应用项目中,中压变频器主电路中的平均元器件数目为385个。然而,采用直接驱动技术的PowerFlex 7000中压变频器,在相同电压和功率等级情况下,主电路元器件数目却不到30个。

降低变频器总体拥有成本
 通过采用直接驱动技术,不仅能够帮助用户节省中压变频器的设备投资,还能减少运行和维护费用。如果采用该变频器,不仅无需购买隔离变压器,而且相关的继电保护设备、DV/DT滤波器、正弦滤波器、终结器以及各种特殊电缆都不用购买,从而简化了系统设计,节省了初期设备投资。

 如果需要安装隔离变压器,那么相应的电缆、空调、人工、室外安装所需的混泥土基座等,都会增加安装费用,从而提高了系统的总体拥有成本。如果采用无需变压器的中压变频器,隔离变压器所需的包装、运输和装卸费用都将不复存在。

 “运输大型变压器会增加额外的费用,而且在这方面的投资根本看不到有什么回报”,罗克韦尔自动化拉美地区业务经理Manuel Perez先生介绍道,“由于变频器体积庞大,需要专门定做木箱对其进行包装,并安放在船甲板上。通常,这会给用户带来数千美元的开销。”

 比如,将一台隔离变压器从美国运往阿根廷,由于没有合适的船只,只能先将变压器运到纽约港再发货,不仅总运输时间长达25天,而且还增加了18700美元的费用。

 通常情况下,运送一台变压器会增加4000美元的费用,运输时间长达四周。如果变压器出现了故障,更换变压器也需要等待这样漫长的运输时间,这将造成工厂长时间停产,对经营效益造成严重的影响。

 如果采用了直接驱动技术,就不会存在隔离变压器、DV/DT滤波器、正弦滤波器等设备的损坏情况,从而能够显著提高系统运行效率。同时,无需采用额外的空调通风系统对变压器冷却,这将有利于降低系统运行费用。PowerFlex 7000中压变频器还提供与生俱来的再生制动能力,可以提供100%额定功率的全连续电流再生制动,而不是将能量消耗在制动电阻上。由于PowerFlex 7000所采用的功率器件数目比其它任何厂商生产的中压变频器都要少。因此,用于维护和替换的备件数目也非常少。
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对你说说 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-25 13:18:00 34楼
  [color=#FF0000]傻小子,不要在这里吹牛。你难道不知道AB 所谓的双PWM(不需要输入变压器)的POWEREX7000把大唐托克托电厂6台3000KW的电机全部烧坏??
还有陡河电厂也是同样的故障。[/color]
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邓志平 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-25 16:42:00 35楼
  以上选自RA变频器的推广介绍,供大家参考借鉴。不明白楼上所说的烧坏电机的原因是什么,希望能说详细些
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对你说说 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-25 21:22:00 36楼
  [color=#FF0000]共模电压高啊。地球人都知道。[/color]
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-08-25 23:12:00 37楼
  唉,总是一具体谈到某个牌子的时候,便开始攻击。我们能不这样行不?

抑制共模电压确实是不用变压器的变频器需要解决的问题之一。但我有点怀疑共模电压烧毁6台电机的事,除非能有更进一步的资料。6台不是一个小数目,根据常识判断,不太可能由于共模电压而同时烧毁,共模电压对电机的损害是一个渐进的过程。如果是一台一台烧的,很难有机会烧到第6台,用户没有这么傻,不停地换新电机给烧。就我所知,AB的变频器是监测电机中性点电压的,如果超过一个整定值(200V ? 具体我不清楚,邓公可能更了解),变频器会自动关闭。

我想起前不久有人说某某厂的变频器炸了,后来说是因为输入输出接反了。吵来吵去的,具体原因淹没在唾沫中,谁也不知道。

回到共模电压。其实对学电的人来说,只要搞清楚共模电压产生的原因,它就没有那么可怕,因为如果存在一个共模回路,总是可以用电抗器来承受这个电压的。聪明的做法是转移公模电压,避免它降落在电机侧。比如使用隔离变压器时:电机端接地,共模会转移到变压器端;变压器接地,共模转移到电机端;两边都接地,接地电流会触发继电保护动作。如果使用共模电抗:电抗承受这个共模,共模电压降落在变频器内部。

我不相信共模烧6台电机,还有一个原因是我手头有一份ABB内部用的幻灯片,说是 ROCKWELL变频器 2004年全球销售台数排名第一,而且多数销售集中北美地区,原因是不需要变压器(transformerless)。如果这份资料属实,而“对你说”网友所言也属实,则从2004年到现在,3年烧电机的记录足以让这个公司破产。

作为一个受过工程技术教育的人,我更愿意接受故障分析而不是谣言。如果“对你说”网友能提供进一步的信息,则我以及更我一样好奇的网友会不胜感激。否则依靠大嗓门、红字体起哄,有些刻意攻击的嫌疑。而这,与我开贴的初衷不符,我不想让讨论被口水淹没。
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瞎聊贝 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-09-19 16:52:00 38楼
      这种问题的出现暴露了变频器在高压变频调速方面的技术还不是很成熟。变频直接控制在定子侧的高压,6KV、10KV,变频设备中的半导体元件都有一个特性:那就是根本耐不住高压,于是便出现了什么单元电路,无非是器件之间的串并联来分压和分流。有点电子电力常识的人应该知道,半导体期间在大电压、大电流情况下串并联容易造成分压、分流不均,设备的可靠性不高。
     现在屈式斩波内馈调速系统专做的高压大功率电机的调速,大家可以去了解下,毕竟是我们国人自己研发的产品。www.qmneida.com
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heidai 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-09-19 17:21:00 39楼
  支持楼主
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对你说说 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-09-19 23:10:00 40楼
  [color=#FF0000]对于托克托电厂六台电机全部烧掉请联系上海电机厂,因为电机是上电产品。电压是6kv的。烧掉以后AB要求上电电机绝缘按照13.8kV来设计,现在好了,只是可惜了用户额外花了不少钱来更换电机。
按照楼上的意思,6台电机都烧掉难道是6台电机质量都不好!
用户已经告诉你,电机厂名称也告诉你,你不信就不要你信了。
对于北美AB双PWM使用良好,我想因为都是新项目采用ROCKWELL本身的新电机,而新电机已经考虑了额外的绝缘加强,当然不会出问题呐![/color]
在国内AB从没有提供电机需要额外加强绝缘的文件给用户。
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求真 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-09-28 15:15:00 41楼
  我想搂主的问题确实值得我们去思考,不是说现在的拓扑结构不好,而是说我们是否应该探讨一些新的结构,把我们的国产高压变频器做好,在天津的会议上我觉得李永东教授的“高压变频器拓扑结构的探讨”很好,文章中提出了很多的未来可能的拓扑结构,并且因为许多国外厂家申请了专利,因此李教授他们对于比较好的结构也申请了专利,我觉得大家的讨论越活跃越好。
对于上面很多高手的论点我很同意,希望能够多多指教。
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想起时正是忘记 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-09-28 17:01:00 42楼
  我在dingzhenrong88表达的基础上再顺延一下:

  假设同样3000KW的电机,把3相做成6相或12、18相,当然,这并不是要18相供电,只是多出几倍的出线头。
  比如说,电机制作过程中,假设A相绕组,原来每槽内一根线,出线头2个,改成每槽内5根线,出线头10个;那么相当于同5根线并联顶一根线用,每线电流相当于过去一线时的1/5,对于驱动器(变频器)来说,若用5个变频器来驱动这一台电机,每台变频所有器件的电流额定值,比用1台来驱动,约降到了1/5。每根电缆载流量也需原来1/5。

  同样,假设A相绕组所有线圈串联,出线头2个,假设共5个线圈,我们每个线圈出两个头,共10个头;这样,在保证整个线圈达到原来额定电流值的情况下,用5个变频去驱动这一个电机,每个变频器件的电压额定值,比用1台来驱动,约降到了1/5。

  这样做的最后结果,并没有造成多少有色金属的浪费,功率器件的用量与现在的串并联驱动方式也一样,但是不再会有分压不均、分流不均的问题--因为每个模块只带自己的负载。所谓5台变频,与模块串联相同,仍然整合成一台而已。
  这可以解决半导体制作技术的难题,但是主要任务落在了电机制作上。对电机的控制、半导体功率器件的控制,也可能要有所考虑,相信这一块难度不会很大。
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dingzhenrong88 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-10-01 16:31:00 43楼
  to:想器时正是忘记
      你说的方案我是做过试验的,用四个普通AC380伏逆变器串联接入直流2000伏电源,每个逆变器的触发由一个控制板驱动,即把一个触发信号隔离放大变成四个触发信号。试验很顺利和成功。
     可这个方案主要工作原理与普通变频器的工作原理相同,需要较高的载波频率。如电机每个三相绕组能错开一个角度,每个逆变器的输出也移相一个角度,那对载波频率的要求能降低。
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深度迷糊 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-10-03 08:09:00 44楼
  下面引用由对你说说在 2007-9-19 23:10:00 发表的内容:
  [color=#FF0000]对于托克托电厂…对于北美AB双PWM使用良好,我想因为都是新项目采用ROCKWELL本身的新电机,而新电机已经考虑了额外的绝缘加强,当然不会出问题呐!
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"对你说说"網友瞭解得信息和我瞭解的不太一樣,據我所知,ROCKWELL不生産中壓電機。 奇怪,怎麽沒有ROCKWELL的人出來回應一下呢?想想也自然,這個論壇有很多搞銷售的朋友,各為其主,口水能淹死人--估計越辨越糊塗,呵呵。
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想起时正是忘记 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-10-04 13:49:00 45楼
  假设现在电机每一相是5对出线头,整机功率某一三相绕组A、B、C是380V315KW,那么,如果5对出线头都加380V,就能达到1575KW。完全是可用低压变频驱动的1575KW。
  每一个三相绕组之间错开一个角度,技术上是没有问题的。5个三相绕组的相位完全可以在逆变时统一数字控制,再用其它增加成本的手段移相就没有必要了。
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dingzhenrong88 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2007-10-06 15:19:00 46楼
  to:想器时正是忘记
     并没有增加成本移相,反而比你说的方法简单便宜.
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dingzhenrong88 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2008-01-20 22:34:00 47楼
  TO  深度迷糊
        关于你说佳灵的整流器的不足,我有同感,也为自己相类似的方案----输入隔离移相变压器是不需要的   想办法.最近,想出了一个办法,我的办法的装置的输出功率为总功率的10%以下,比起输入隔离移相变压器,在价格上 体积 运行效率上有巨大的优势,效果也非常好,非常容易达到42脉波效果.我现在需要有人具体开发.
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ryvenwang 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2008-02-01 17:24:00 48楼
  看了大家的发言,大家都是有着一颗对技术痴迷的心

但是做任何产品,首先要用于赚钱,不管什么方案,能直接给老板带来效益才是根本
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ryvenwang 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2008-02-01 17:25:00 49楼
  最近我喜欢看八卦图,看完之后才明白,没有什么是完美,做事先解决掉主要矛盾最好
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新的探索 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2008-02-25 11:21:00 50楼
  现在,国内的和国外的中高压变频器有很多品牌,当然都是各说各的好.因为现在有各社会趋势,做节能型社会,而中高压变频器的节能效果也受到了厂家的承认,所以现在在中国境内兴起了中高压变频器的竞争.
但是我认为一个品牌的兴起,不单要靠价格技术,它的稳定性和小的故障率也是我们必须关心的话题.
所以,我在这里请大家给一个判断,我们如何能够选择上技术水平高,性能优良的变频器呢?
有那种变频器技术更先进、更节能、更稳定呢?
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