离心式高压泵电气控制

离心式高压泵电气控制

 

随着变频调速技巧的开展，作为大容量传动的高压变频调速技巧得到了普遍运用。产品电压等级包含3、6、10kV以及油田专用潜油电泵运用的1。6～2。4kV产品，基础可拖动风机、水泵、收缩机等各类负载。高压电动机运用高压变频器能够完成无级调速，既可满意消费工艺历程对电动机调速控制的请求，又可勤俭动力，下降消费老本。

　　目前，海内外高压变频器品种很多，但还没有造成像高压变频器那样近乎对立的拓扑构造。日本长冈科技大学的A Nabae等人于1980年初次提出三电平逆变器，为高压大容量电压型逆变器的研制开拓了一条新思绪。个别构造是由几个电平台阶分解阶梯波以迫近正弦波输出电压。这种变换器因为输出电压电平数的增添，使得输出波形具备更好的谐波频谱，每个开关器件所蒙受的电压应力较小，无需均压电路，开关损耗小，dU÷dT较小，对电机绝缘非常有利。

　　单元串联多电平PWM电压源型变频器正是基于这一思维，采取若干个高压PWM变频功率单元串联的方法完成间接高压输出。该变频器对电网谐波净化小，谐波输出电流很高，输出功率因数高，不用采取输出谐波滤波器和功率因数弥补安装。

 

第一、变频器的构造及任务原理

　　单元串联多电平变频器采取若干个高压功率单元串联方法完成高压输出。以6kV输出电压等级变频器为例，电网电压经过二次侧多重化的隔离变压器降压后向功率单元供电，功率单元为三相输出、单相输出的交－直－交PWM电源型逆变器构造。将相邻功率单元的输出端串接起来，造成Y联构造，完成变压变频的高压间接输出，供给高压电动机。各功率单元分手由输出变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间及变压器二次绕组间互相绝缘。

　　6kV变频器的输出变压器实施多重化设计，以到达下降输出谐波电流的目标。变压器副边有15个二次绕组，采取延边三角形联结，分为5个不同的相位组，互差12°电角度。每相由5个功率单元串联而成时，造成30脉波的二极管整流电路构造。所以实践上29次以下的谐波都能够清除，输出电流波形靠近正弦波，总的谐波电散失真率可高于1％。在变压器二次绕组调配时，组成同一相位组的每三个二次绕组，分手给属于电动机三相的功率单元供电。这样，即便在电动机电流涌现不均衡的状况下，也能保障每个相位组的电流基真雷同，到达幻想的谐波对消后果。

　　每相由5个额外电压为690V的功率单元串联而成，输出相电压最高可达3450V，线电压可达6kV左右，每个功率单元蒙受全部的输出电流，但只供给1÷5的相电压和1÷15的输出功率。变压器的15个二次绕组经过熔断器，分手接到每个功率单元三相二极管整流桥的输出端，功率单元的构造如图2所示，功率单元的电压等级和串联数量抉择了变频器输出电压，功率单元的额外电流抉择变频器输出电流。三相交换电整流后经滤波电容滤波造成直流母线电压，因为输出变压器阻抗设计得较大（个别为8％左右），直流环节不用设置高压变频器那样的预充电限流电阻。当功率单元额外电压为690V时，直流母线电压为900V左右。逆变器由4个 耐压为1700V的IGBT模块组成H桥式单相逆变电路，通过PWM控制，在T1和T2两端得到变压变频的交换输出，输出电压为单相交换0～690V，频率为0～50Hz（依据电动机的额外功率，能够响应调剂，最高可达120Hz）。

　　因为变频器不是用传统的器件串联的方法来完成高压输出，而是采取全部功率单元串联，所以不存在器件串联引起的均压问题。

 

第二、变频器的SPWM控制技巧

　　逆变器输出采取多电平移相式PWM技巧，同一相的功率单元，输出雷同幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间互相错开肯定电角度，完成多电平PWM，叠加以后输出电压的等效开关频率和电平数大大增添，输出电压非常靠近正弦波。关于6kV的变频器，每相由5个额外电压为690V的功率单元串联而成，采取5个顺次相移为72°的三角载波和参考波对比，发生PWM控制信号，使逆变器输出相电压有11种电平，而对应的线电压则有21种电平。这种变频器对电动机没有特别的请求，可用于普通的高压电动机，且不用降额运用。

　　每个功率单元脉冲控制都是采取SPWM控制，逆变器的控制脉冲波形，由参考正弦波和三角波对比发生。实践上，为了避免同一桥臂高高管子同时导通，必需设定互锁延时，即存在肯定的逝世区时光，在逝世区时光内高高桥臂IGBT均处于截止状况，输出电压由输出电流的方向抉择（电流方向抉择电流流经哪个续流二极管，从而抉择输出电压极性），严厉说来，此时输出电压处于不可控状况。因为单元内PWM的载波频率很小，逝世区电压的误差占的比重很小，能够疏忽不计，不用采取像高压变频器那样的逝世区电压误差弥补电路。功率单元与主控体系之间通过光纤进行通讯，以处理强弱电之间的隔离问题和搅扰问题。

　　依据功率单元构造，每个功率单元的逆变电路存在4种不同的开关组合：VT1和VT4同时导通，T1和T2之间输出正的直流母线电压；VT2和VT3同时导通，输出负的直流母线电压；VT1和VT3同时导通，或许VT2和VT4同时导通，输出电压为0。所以，4种不同的开关状况，输出3种不同的电平，分手为＋U、0和－U（U为单元直流母线电压）。

 

第三、仿真剖析

　　采取Matlab软件外部所含的Simulink工具箱对6kV电压等级的变频器进行了仿真，仿真电路中取M为0。85，三角型载波频率为600Hz，图3为6kV电压等级的变频器相电压仿真波形， 为变频器输出的线电压波形谐和波剖析。从图3、图4中能够看出，变频器每相有0、±U、±2U、±3U、±4U、±5U共11种电平，而对应的线电压则有21种电平。因为采取多电平技巧，稳态时输出电压、电流非常靠近正弦波，总的电压谐波失真为5。38％，大大高于普通的电流源型变频器和三电平变频器，改良了输出波形，下降了输出谐波。

 

因为采取多电平移相式PWM控制，输出的谐波频率重要集中在4。5～7。5kHz规模内，且都高于5％。关于个别的电动机来说，工频时阻抗为16％左右，所以关于5kHz的谐波而言，其阻抗约为1600％，所发生的各次谐波电流均小于0。5％，基础上不会发生谐波发热、噪声和转矩脉动，电动机的转矩脉动重量极小，因此，谐波引起的电动机发热、噪声和转矩脉动都将大大下降，能够不用设置输出滤波器，运用普通的异步电动机。