高压变频器的研究与设计

论文摘要

我国伴随着经济发展速度的日益提高,对能源的总需求量也不断加大,但是现在世界能源储备却日显紧缺,在这种情况下,保持经济发展速度持续增长的同时如何保证可持续增长就变成了目前我国急需要解决的重要课题。在此前提下,我国化工、钢铁、水泥等重点耗能产业为了保证完成政府节能降耗的目标要求,都纷纷进行了技术改造,实现企业发展和成本降低的同时,也降低对能源的严重依赖,在提高企业自身经济效益的同时不断关注社会效益,高压变频器应运而生,成为了能够进行有效节能降耗的高科技产品。多电平单元串联式变频器是采用功率单元串联的方法来实现高压输出节能降耗设备,它的输出一般采用多电平移相式PWM方式,从而实现输出电压谐波低,du／dt和共模电压小的目的。它的输入端则采用多重化隔离变压器抑制输入谐波。变频器中涉及的串联多重化技术是指单独一相由几个低压(690V／577V)PWM功率单元相串联构成,功率单元由多延边三角形绕组变压器的切分单元实现供电,采用高速微处理器或者DSP(数字信号处理)实现控制并以光纤隔离进行驱动。项目中采用的主控制器为单元组合式,其核心为双DSP的CPU单元,通过总线实现接口板与三相相控板的信息互通。从数字量输入板和模拟量输入板可接受操作命令、电流和电压等相关信息,CPU板则根据这些数据计算出控制信息及状态信息。本文以现阶段国内外高压变频器的实际应用为背景,研究和开发了一套基于高性能CPU的高性能高压变频器。对整个高压变频器的架构和工作原理进行了总体设计,对相关硬件和结构进行了分模块设计,着重介绍了功率单元和主控制单元的功能实现。对设备的基本功能、基本性能进行了测试,保证设备测量精度高,抗干扰能力强,性能优越,使之更好的应用于各种工况现场。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高压变频器产品综述
• 1.2 国内外研究现状及意义
• 1.2.1 影响变频技术发展的因素
• 1.2.2 变频调速的各种分类和方案
• 1.3 本论文的研究内容
• 第二章 高压变频器的总体设计方案及基本原理
• 2.1 高压变频器的主电路拓扑概述
• 2.2 系统总体设计方案
• 2.2.1 变频的基本构成
• 2.2.2 高压变频调速原理
• 2.2.3 整体设计方案
• 2.3 工作原理
• 2.3.1 TK系列高压变频器工作基本原理
• 2.3.2 实际设计中的不良因素影响
• 第三章 TK系列高压变频器软件控制系统原理
• 3.1 整体系统的核心控制方式
• 3.1.1 PWM调制方式
• 3.1.2 恒压频比（V/f）控制
• 3.1.3 转差补偿
• 3.2 主系统的设计难点突破
• 3.2.1 电流潮流自均衡电平
• 3.2.2 串联电容分割电压检测
• 3.2.3 时域光通讯抗干扰
• 3.2.4 点网络电压池供电
• 3.2.5 电流匹配检索旋转启动
• 3.3 高压变频器的防扰措施
• 第四章 交流变频调速的关键技术及实现
• 4.1 功率单元的技术研究
• 4.1.1 多电平多重化整流技术研究
• 4.1.2 IGBT开关技术研究
• 4.1.3 IGBT驱动技术研究
• 4.1.4 功率单元变流技术研发
• 4.2 控制单元的技术研究
• 4.2.1 DSP概述
• 4.2.2 主控板
• 4.2.3 相控板
• 4.2.4 电源板
• 4.3 工程控制的顺序流程分析
• 4.3.1 输入变压器
• 4.3.2 功率单元
• 4.3.2.1 功率单元原理概述
• 4.3.2.2 功率单元空间设计
• 4.3.2.3 功率单元特点
• 4.3.2.4 电压空间模块排布
• 4.3.2.5 内外流体散热分配
• 4.3.3 控制单元
• 4.3.4 人机界面控制部分
• 第五章 高压变频调速装置的测试
• 5.1 各项测试方式与结果
• 5.1.1 绝缘性能测试
• 5.1.2 额定电流测试
• 5.1.3 启动停车性能测试
• 5.1.4 浪涌测试
• 5.1.5 输出电压相对谐波含量测试
• 5.1.6 静电放电抗扰度测试
• 5.2 测试样机
• 5.3 测试结论
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 感谢
• 学位论文评阅及答辩情况表