四象限高壓變頻器的大功率負載應用研究.pdf

1、當今時代，工業(yè)的發(fā)展日新月異，各種先進技術得到了迅速的發(fā)展，隨之而產生的高新技術產業(yè)也進入高速發(fā)展的時期。其中，變頻調速技術的發(fā)展尤為突出，隨著四象限高壓變頻器的問世以及其在各種大功率負載上的應用，使得變頻調速領域有了更進一步的發(fā)展。四象限變頻器能更好地實現能量的有效利用，中國的節(jié)能環(huán)保時代已然來臨了。
　　近三十年來，變頻調速領域一般選用傳統(tǒng)的交流變頻器來進行交流調速，這種調速方式在很多方便具有顯著優(yōu)勢：其性能穩(wěn)定、結構相對簡單

2、，并且啟動轉矩較大調速范圍廣泛，在調速的精度、調節(jié)的速度以及節(jié)約能量等方面都有著很好的效果。由于變頻調速技術在當今工業(yè)上的廣泛應用，變頻技術的發(fā)展就顯得更為迫切了。在變頻技術還不夠成熟的時期，傳統(tǒng)的變頻器一般都是選用二極管來構成整流橋，實現交流電流到直流電的轉換，最后，又將直流電流通過逆變技術轉換成交流電流來帶動負載運行，實現交流電到直流電再到交電流的轉換過程。但是，由于這種傳統(tǒng)變頻器的三相不控整流電路是采用二極管做成的，其只能將電能從

3、電網側輸送到電機，將電能轉化為機械能，而無法將機械能轉化而成的電能轉送到電源上，所以其無法實現能量的雙向流動，因此這種變頻器只能工作在電動狀態(tài)，其被稱為兩象限變頻器。在某些電動機能量需要回饋的系統(tǒng)上，例如礦山提升機、電梯、離心機等大功率負載運行場合，傳統(tǒng)兩象限變頻器中的二極管整流橋還將會對電網產生嚴重的諧波污染。近年來，由于新的絕緣柵雙極型晶體管——IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的產生和脈

4、寬調制技術——PWM（Pulse Width Modulation）的發(fā)展，產生了新型的高壓變頻器—四象限高壓變頻器。與傳統(tǒng)兩象限變頻器不同的是，四象限變頻器采用新的絕緣柵雙極型晶體管——IGBT來做整流橋，由于IGBT功率模塊能夠利用高速運算能力的DSP產生PWM控制脈沖，所以，我們在使用四象限高壓變頻器的過程中既能夠調整輸入的功率因數，減小二極管整流橋對電網的諧波污染，又能夠將電動機在反動過程中產生的能量回饋至到電網，從而真正實現了

5、能量的雙向流動。
　　本次研究圍繞四象限高壓變頻器在大功率負載工業(yè)領域中的應用進行展開，主要抓住四象限高壓變頻器在拓撲結構上的特點進行分析，首先對四象限變頻器的結構和工作原理進行了詳細的介紹，闡述了電機在四個象限的運行狀態(tài)以及機械能和電能之間的能量轉換和流動方向,其中詳細介紹了四象限變頻器與傳統(tǒng)兩象限變頻器相比，其在變頻技術上的突破以及其在工業(yè)應用中的優(yōu)勢。另外，結合電機在四個象限中的運行狀態(tài)分析變頻器在驅動電機進行四象限運行的過

6、程中，整個系統(tǒng)中能量的流動方向。其次，主要闡述四象限變頻器在煤礦斜井提升系統(tǒng)中驅動大功率負載電機工作過程中遇到的工程技術問題：在煤礦斜井提升系統(tǒng)中，電機的調速控制一般選用繞線式電機轉子串電阻的方法進行，這樣，在提升機進行煤礦提升的過程中：提升機下降過程中，勢能轉化為電動機的動能，電動機工作在第四象限處于反向發(fā)電的工作狀態(tài)，此時轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在了電阻上，造成了能源的大量浪費；另外，在變頻調速的過程中，交流接觸器需要頻繁的進行切換

7、，長時間的工作之后，其主觸頭比較容易熔化，設備經常出現故障。為了解決以上問題，本次試驗結合四象限高壓變頻器在具有位勢負載特性場合的應用優(yōu)勢，研究采用新的方法來減小轉差功率消耗的能量。所以，本次研究在應用四象限變頻器的基礎上新增加了一套電力調速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不需要串電阻進行調試，避免能量的浪費。同時，為了確保當該調速控制系統(tǒng)發(fā)生故障的時候能夠快速的切換到原有的系統(tǒng)運行，所以本次試驗還是保留了原有的電控系統(tǒng)以及串電阻的調試方式。