離心式高壓泵電氣控制

 

隨著變頻調速技巧的開展，作為大容量傳動的高壓變頻調速技巧得到了普遍運用。產品電壓等級包含3、6、10kV以及油田專用潛油電泵運用的1。6～2。4kV產品，基礎可拖動風機、水泵、收縮機等各類負載。高壓電動機運用高壓變頻器能夠完成無級調速，既可滿意消費工藝歷程對電動機調速控制的請求，又可勤儉動力，下降消費老本。

　　目前，海內外高壓變頻器品種很多，但還沒有造成像高壓變頻器那樣近乎對立的拓撲構造。日本長岡科技大學的A Nabae等人于1980年初次提出三電平逆變器，為高壓大容量電壓型逆變器的研制開拓了一條新思緒。個別構造是由幾個電平臺階分解階梯波以迫近正弦波輸出電壓。這種變換器因為輸出電壓電平數的增添，使得輸出波形具備更好的諧波頻譜，每個開關器件所蒙受的電壓應力較小，無需均壓電路，開關損耗小，dU÷dT較小，對電機絕緣非常有利。

　　單元串聯多電平PWM電壓源型變頻器正是基于這一思維，采取若干個高壓PWM變頻功率單元串聯的方法完成間接高壓輸出。該變頻器對電網諧波凈化小，諧波輸出電流很高，輸出功率因數高，不用采取輸出諧波濾波器和功率因數彌補安裝。

 

第一、變頻器的構造及任務原理

　　單元串聯多電平變頻器采取若干個高壓功率單元串聯方法完成高壓輸出。以6kV輸出電壓等級變頻器為例，電網電壓經過二次側多重化的隔離變壓器降壓后向功率單元供電，功率單元為三相輸出、單相輸出的交－直－交PWM電源型逆變器構造。將相鄰功率單元的輸出端串接起來，造成Y聯構造，完成變壓變頻的高壓間接輸出，供給高壓電動機。各功率單元分手由輸出變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間及變壓器二次繞組間互相絕緣。

　　6kV變頻器的輸出變壓器實施多重化設計，以到達下降輸出諧波電流的目標。變壓器副邊有15個二次繞組，采取延邊三角形聯結，分為5個不同的相位組，互差12°電角度。每相由5個功率單元串聯而成時，造成30脈波的二極管整流電路構造。所以實踐上29次以下的諧波都能夠清除，輸出電流波形靠近正弦波，總的諧波電散失真率可高于1％。在變壓器二次繞組調配時，組成同一相位組的每三個二次繞組，分手給屬于電動機三相的功率單元供電。這樣，即便在電動機電流涌現不均衡的狀況下，也能保障每個相位組的電流基真雷同，到達幻想的諧波對消后果。

　　每相由5個額外電壓為690V的功率單元串聯而成，輸出相電壓最高可達3450V，線電壓可達6kV左右，每個功率單元蒙受全部的輸出電流，但只供給1÷5的相電壓和1÷15的輸出功率。變壓器的15個二次繞組經過熔斷器，分手接到每個功率單元三相二極管整流橋的輸出端，功率單元的構造如圖2所示，功率單元的電壓等級和串聯數量抉擇了變頻器輸出電壓，功率單元的額外電流抉擇變頻器輸出電流。三相交換電整流后經濾波電容濾波造成直流母線電壓，因為輸出變壓器阻抗設計得較大（個別為8％左右），直流環節不用設置高壓變頻器那樣的預充電限流電阻。當功率單元額外電壓為690V時，直流母線電壓為900V左右。逆變器由4個 耐壓為1700V的IGBT模塊組成H橋式單相逆變電路，通過PWM控制，在T1和T2兩端得到變壓變頻的交換輸出，輸出電壓為單相交換0～690V，頻率為0～50Hz（依據電動機的額外功率，能夠響應調劑，最高可達120Hz）。

　　因為變頻器不是用傳統的器件串聯的方法來完成高壓輸出，而是采取全部功率單元串聯，所以不存在器件串聯引起的均壓問題。

 

第二、變頻器的SPWM控制技巧

　　逆變器輸出采取多電平移相式PWM技巧，同一相的功率單元，輸出雷同幅值和相位的基波電壓，但串聯各單元的載波之間互相錯開肯定電角度，完成多電平PWM，疊加以后輸出電壓的等效開關頻率和電平數大大增添，輸出電壓非常靠近正弦波。關于6kV的變頻器，每相由5個額外電壓為690V的功率單元串聯而成，采取5個順次相移為72°的三角載波和參考波對比，發生PWM控制信號，使逆變器輸出相電壓有11種電平，而對應的線電壓則有21種電平。這種變頻器對電動機沒有特別的請求，可用于普通的高壓電動機，且不用降額運用。

　　每個功率單元脈沖控制都是采取SPWM控制，逆變器的控制脈沖波形，由參考正弦波和三角波對比發生。實踐上，為了避免同一橋臂高高管子同時導通，必需設定互鎖延時，即存在肯定的逝世區時光，在逝世區時光內高高橋臂IGBT均處于截止狀況，輸出電壓由輸出電流的方向抉擇（電流方向抉擇電流流經哪個續流二極管，從而抉擇輸出電壓極性），嚴厲說來，此時輸出電壓處于不可控狀況。因為單元內PWM的載波頻率很小，逝世區電壓的誤差占的比重很小，能夠疏忽不計，不用采取像高壓變頻器那樣的逝世區電壓誤差彌補電路。功率單元與主控體系之間通過光纖進行通訊，以處理強弱電之間的隔離問題和攪擾問題。

　　依據功率單元構造，每個功率單元的逆變電路存在4種不同的開關組合：VT1和VT4同時導通，T1和T2之間輸出正的直流母線電壓；VT2和VT3同時導通，輸出負的直流母線電壓；VT1和VT3同時導通，或許VT2和VT4同時導通，輸出電壓為0。所以，4種不同的開關狀況，輸出3種不同的電平，分手為＋U、0和－U（U為單元直流母線電壓）。

 

第三、仿真剖析

　　采取Matlab軟件外部所含的Simulink工具箱對6kV電壓等級的變頻器進行了仿真，仿真電路中取M為0。85，三角型載波頻率為600Hz，圖3為6kV電壓等級的變頻器相電壓仿真波形， 為變頻器輸出的線電壓波形諧和波剖析。從圖3、圖4中能夠看出，變頻器每相有0、±U、±2U、±3U、±4U、±5U共11種電平，而對應的線電壓則有21種電平。因為采取多電平技巧，穩態時輸出電壓、電流非常靠近正弦波，總的電壓諧波失真為5。38％，大大高于普通的電流源型變頻器和三電平變頻器，改良了輸出波形，下降了輸出諧波。

 

因為采取多電平移相式PWM控制，輸出的諧波頻率重要集中在4。5～7。5kHz規模內，且都高于5％。關于個別的電動機來說，工頻時阻抗為16％左右，所以關于5kHz的諧波而言，其阻抗約為1600％，所發生的各次諧波電流均小于0。5％，基礎上不會發生諧波發熱、噪聲和轉矩脈動，電動機的轉矩脈動重量極小，因此，諧波引起的電動機發熱、噪聲和轉矩脈動都將大大下降，能夠不用設置輸出濾波器，運用普通的異步電動機。