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大功率范文10篇

时间：2023-04-05 04:23:53

大功率

大功率范文篇1

目前，国内生产的高压大功率变频器中，以2种方案占主流:一种是功率单元串联形成高压的多重化技术;另一种是采用高压模块的三电平结构。而其他的采用高-低-高方案的，由于输出升压变压器技术难度高，成本高，占地面积大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高压大功率变频器的主要发展方向。

而高-高方案又分为多重化技术(简称CSML)和三电平(简称NPC)方案，目前有的厂家生产的高压大功率变频器是采用的三电平方案，而大多数厂家则是采用低压模块、多单元串联的多重化技术。这2种方案比较，各有优缺点，主要表现在:

(1)器件

采用CSML方式，器件数量较多，但都是低压器件，不但价格低，而且易购置，更换方便。低压器件的技术也较成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且购置困难，维修不方便。

(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)

均压是影响高压变频器的重要因素。采用NPC方式，当输出电压较高时(如6kV)，单用单个器件不能满足耐压要求，必须采用器件直接串联，这必然带来均压问题，失去三电平结构在均压方面的优势，系统的可靠性也将受到影响。而采用CSML方案则不存在均压问题。唯一存在的是当变频器处于快速制动时，电动机处于发电制动状态，导致单元内直流母线电压上升，各单元的直流母线电压上升程度可能存在差异，通过检测功率单元直流母线电压，当任何单元的直流母线电压超过某一阈值时，自动延长减速时间，以防止直流母线电压上升，即所谓的过压失速防止功能。这种技术在低压变频器中被广泛采用，非常成功。

(3)对电网的谐波污染和功率因数

由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势

(4)输出波形

NPC方式输出相电压是三电平，线电压是五电平。而CSML方式输出相电压为11电平，线电压为21电平(对五单元串联而言)，而且后者的等效开关频率大大高于前者，所以后者在输出波形的质量方面也高于前者。

(5)dv/dt

NPC方式的输出电压跳变台阶为高压直流母线电压的一半，对于6kV输出变频器而言，为4kV左右。CSML方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压，不会超过1kV，所以前者比后者的差距也是很明显的。

(6)系统效率

就变压器与逆变电路而言，NPC方式与CSML方式效率非常接近。但由于输出波形质量差异，若采用普通电机，前者必须设置输出滤波器，后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率的0.5%左右。

(7)四象限运行

NPC方式当输入采用对称的PWM整流电路时，可以实现四象限运行，可用于轧机、卷扬机等设备;而CSML方式则无法实现四象限运行。只能用于风机、水泵类负载。

(8)冗余设计

NPC方式的冗余设计很难实现，而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。

(9)可维护性

除了可靠性之外，可维护性也是衡量高压大功率变频器的优劣的一个重要因素，CSML方式采用模块化设计，更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子，以及1个光纤插头，就可以抽出整个单元，十分方便。而NPC方式就不那么方便了。

总之，三电平电压形变频器结构简单，且可作成四象限运行的变频器，应用范围宽。如电压等级较高时，采用器件直接串联，带来均压问题，且存在输出谐波和dv/dt等问题，一般要设置输出滤波器，在电网对谐波失真要求较高时，还要设置输入滤波器。而多重化PWM电压型变频器不存在均压问题，且在输入谐波及dv/dt等方面有明显优势。对于普通的风机、水泵类一般不要求四象限运行的场合，CSML变频器有较广阔的应用前景。这类变频器又被国内外设计者称之为完美无谐波变频器。

我公司的设计人员经过多方探讨，综合各种方案的优缺点，最后选定了完美无谐波变频器的CSML方案作为我们的最佳选择，这就是我们向市场推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高压大功率变频器。

2变频器的性能特点

(1)变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。

(2)输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。

(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。

(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。

(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。

(6)主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。

(7)完整的故障监测和报警保护功能。

(8)可选择现场控制、远程控制。

(9)内置PID调节器，可开环或闭环运行。

(10)可根据需要打印输出运行报表。

3工作原理

3.1基本原理

本变频器为交-直-交型单元串联多电平电压源变频调速器，原理框图如图1所示。单元数的多少视电压高低而定，本处以每相为8单元，共24单元为例。每个功率单元承受全部的电机电流、1/8的相电压、1/24的输出功率。24个单元在变压器上都有自立独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。24个二次绕组分成三相位组，互差为20°,以B相为基准，A相8个单元对应的8个二次绕组超前B相20°，C相8个单元对应的8个二次绕组落后B相20°，形成18脉冲整流电路结构。整机原理图如图2所示。

3.2功率单元电路

所有单元都有6支二极管实现三相全波整流，有4个IGBT管构成单相逆变电路。功率单元的主电路如图3所示，4个IGBT管分别用T1、T2、T3、T4表示，它们的门极电压分别是UG1、UG2、UG3、UG4、

个功率单元的输出都是一样的PWM波。功率单元输出波形如图4所示。逆变器采用多电平移相PWM技术。同一相的功率单元输出完全相同的基准电压(同幅度、同频率、同相位)。多个单元迭加后的输出波形如图5所示。

4.3系统结构与控制

(1)系统结构

整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。

图

a)隔离变压器

原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头

b)变频柜

A、B、C三相分装在3个柜内，可分别称为A柜、B柜、C柜

c)控制柜

柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。

4.4系统控制

整机控制系统有16位单片机担任主控，24个功率单元都有一个自己的辅助CPU，由8位单片机担任，此外还有一个CPU，也是8位单片机，负责管理键盘和显示屏。

(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。

(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。

(3)系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。

本公司分别于2002年8月、10月和2003年3月、4月分别在山东莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂、辽河油田锦州采油厂、浙江永盛化纤有限公司应用了本公司生产的高压大功率变频器JD-BP37-630F2台、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1台。从运行情况看:

(1)变频器结构紧凑，安装简单

由于变频器所有部分都装在柜里，不需要另外的电抗器、滤波器、补偿电容、启动设备等一系列其他装置，所以体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试方便。

(2)电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。

由变频器拖动的电机均为三相普通的异步电动机，在整个运行范围内，电机始终运行平稳，温升正常。风机启动时的噪音及启动电流很小，无任何异常震动和噪音。在调速范围内，轴瓦的最高温升均在允许的范围内。

(3)变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。

经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。

(4)变频器运行情况稳定，性能良好。

该设备投运以来，变频器运行一直十分稳定。设备运行过程中，我公司技术人员对变频器输入变压器的温升，功率单元温升定期巡检，完全正常。输出电压及电流波形正弦度很好，谐波含量极少，效率均高于97%，优于同类进口设备。

(5)运行工况改善，工人劳动强度降低。

变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。

(6)变频器操作简单，易于掌握及维护。

变频器的起停，改变运行频率等操作简便，操作人员经过半个小时培训就可以全面掌握。另外，变频器各种功能齐全，十分完善，提高了设备可靠性，而且节电效果明显。以山东莱钢股份有限公司应用的JD-BP37-630F变频器为例，该系统生产周期大约为1h，出铁时间为20min，间隔约40min，系统配置电机的额定电流为80A，根据运行情况，及其它生产线的实际运行情况，预计该电机运行电流应在60A，以变频器上限运行频率45HZ时，电流为45A，间隔时间运行频率20HZ时，电流为20A。根据公式测算节能效果达到42.7%。

5结束语

从这几台这几个月的运行情况看，我公司自行研制生产的高压大功率变频器，运行稳定可靠，节能效果显著，改善了工作人员的工作环境，降低了值班人员的劳动强度。变频器对电机保护功能齐全，减少了维修费用，延长了电机及风机的使用寿命，给用户带来了显著的经济效益，深得用户好评。据专家估计我们国家6kV以上的高压大功率电机约有3万多台，约合650万kW，因此，高压大功率变频器的市场是极其广阔的。

大功率范文篇2

山东风光电子有限公司是在多年研制中低压变频器的基础上，综合了国内外高压大功率变频器的多种方案的优缺点，采用最优方案研制成功的，并于2002年12月通过了省级科技成果及产品鉴定，成为国内生产高压大功率变频器的为数较少的几个企业之一。

2国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点

(1)器件

(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)

(3)对电网的谐波污染和功率因数

由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势

(4)输出波形

(5)dv/dt

(6)系统效率

(7)四象限运行

(8)冗余设计

NPC方式的冗余设计很难实现，而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。

(9)可维护性

3变频器的性能特点

(1)变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。

(2)输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。

(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。

(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。

(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。

(6)主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。

(7)完整的故障监测和报警保护功能。

(8)可选择现场控制、远程控制。

(9)内置PID调节器，可开环或闭环运行。

(10)可根据需要打印输出运行报表。

4工作原理

4.1基本原理

4.2功率单元电路

图1方案原理框图

图2整机原理图（为了简明，图中仅画了18单元）

每个功率单元的输出都是一样的PWM波。功率单元输出波形如图4所示。逆变器采用多电平移相PWM技术。同一相的功率单元输出完全相同的基准电压(同幅度、同频率、同相位)。多个单元迭加后的输出波形如图5所示。

4.3系统结构与控制

(1)系统结构

整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。

图3功率单元主回路

图4单元电路波形图

图56个单元输出迭加后的波形

图6系统结构图

a)隔离变压器

原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头

b)变频柜

A、B、C三相分装在3个柜内，可分别称为A柜、B柜、C柜

c)控制柜

柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。

4.4系统控制

(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。

(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。

(3)系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。

5现场应用

(1)变频器结构紧凑，安装简单

(2)电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。

(3)变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。

经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。

(4)变频器运行情况稳定，性能良好。

(5)运行工况改善，工人劳动强度降低。

变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。

(6)变频器操作简单，易于掌握及维护。

6结束语

大功率范文篇3

2国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点

(1)器件

(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)

(3)对电网的谐波污染和功率因数

由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势

(4)输出波形

(5)dv/dt

(6)系统效率

(7)四象限运行

(8)冗余设计

NPC方式的冗余设计很难实现，而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。

(9)可维护性

3变频器的性能特点

(1)变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。

(2)输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。

(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。

(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。

(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。

(6)主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。

(7)完整的故障监测和报警保护功能。

(8)可选择现场控制、远程控制。

(9)内置PID调节器，可开环或闭环运行。

(10)可根据需要打印输出运行报表。

4工作原理

4.1基本原理

4.2功率单元电路

4.3系统结构与控制

(1)系统结构

整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。

a)隔离变压器

原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头

b)变频柜

A、B、C三相分装在3个柜内，可分别称为A柜、B柜、C柜

c)控制柜

柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。

4.4系统控制

(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。

(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。

(3)系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。

5现场应用

(1)变频器结构紧凑，安装简单

(2)电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。

(3)变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。

经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。

(4)变频器运行情况稳定，性能良好。

(5)运行工况改善，工人劳动强度降低。

变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。

(6)变频器操作简单，易于掌握及维护。

6结束语

大功率范文篇4

2国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点

(1)器件

(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)

(3)对电网的谐波污染和功率因数

由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势

(4)输出波形

(5)dv/dt

(6)系统效率

(7)四象限运行

(8)冗余设计

NPC方式的冗余设计很难实现，而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。

(9)可维护性

3变频器的性能特点

(1)变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。

(2)输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。

(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。

(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。

(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。

(6)主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。

(7)完整的故障监测和报警保护功能。

(8)可选择现场控制、远程控制。

(9)内置PID调节器，可开环或闭环运行。

(10)可根据需要打印输出运行报表。

4工作原理

4.1基本原理

4.2功率单元电路

4.3系统结构与控制

(1)系统结构

整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。

a)隔离变压器

原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头

b)变频柜

A、B、C三相分装在3个柜内，可分别称为A柜、B柜、C柜

c)控制柜

柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。

4.4系统控制

(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。

(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。

(3)系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。

5现场应用

(1)变频器结构紧凑，安装简单

(2)电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。

(3)变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。

经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。

(4)变频器运行情况稳定，性能良好。

(5)运行工况改善，工人劳动强度降低。

变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。

(6)变频器操作简单，易于掌握及维护。

6结束语

大功率范文篇5

关键词：多电平变换器；拓扑结构；高压大功率

引言

变频调速技术的飞速发展为变频器性能的提高提供了技术保障，而环保和节能的客观需要，又为变频器在生产和生活的各个领域中的应用提供了发展空间，但是，随着国民经济的发展，小容量变频器已越来越不能满足现代化生产和生活的需要。目前，我国采用的变频调速装置基本上都是低压的，即电压为380～690V，而在节能方面起着更主要作用的高电压大容量变频器在我国尚处于起步阶段。是什么原因阻碍了高压大功率变频调速技术的应用呢？主要原因一是大容量（200kW以上）电动机的供电电压高（6kV或者10kV），而电力电子器件的耐压等级和所承受的电流的限制，造成了电压匹配上的困难；二是高压大功率变频调速系统技术含量高，难度大，成本高，而一般的风机、水泵等节能改造项目都希望低投入、高回报，较少考虑社会效益和综合经济效益。这两个原因使得高压变频调速技术的发展和推广受到了限制，因此，提高电力电子变流装置的功率容量，降低成本，改善其输出性能是现代电力电子技术的重要发展方向之一，也是当前世界各国相关行业竞相关注的热点，为此，国内外各变频器生产厂商八仙过海，各有高招，虽然其主电路结构不尽一致，但都较为成功地解决了高压大容量这一难题[5]。

1大功率电力电子变流装置的拓扑学进展[3]

近年来，各种高压变频器不断出现，可是到目前为止，高压变频器还没有像低压变频器那样具有近乎统一的拓扑结构。根据高压组成方式，可分为直接高压型和高—低—高型；根据有无中间直流环节，可以分为交—交变频器和交—直—交变频器。在交—直—交变频器中，根据中间直流滤波环节的不同，又可分为电压源型(也称电压型)和电流源型(也称电流型)。高—低—高型变频器采用变压器实行降压输入、升压输出的方式，其实质上还是低压变频器，只不过从电网和电动机两端来看是高压的，这是受到功率器件电压等级限制而采取的变通办法。由于需要输入、输出变压器，而存在中间低压环节电流大、效率低、可靠性下降、占地面积大等缺点，只用于一些小容量高压电动机的简单调速。常规的交—交变频器由于受到输出最高频率的限制，只用在一些低速、大容量的特殊场合。

下面对直接高压大功率电力电子装置拓扑结构作一个分类，分类是针对单个器件的电压或电流承受能力往往不能适应容量要求这一特点进行的，为此，把大功率电力电子变流装置的拓扑结构分为两类：

1）以器件串联为基础的桥臂扩展型结构；

2）以变流单元电路串联为基础的多单元变流器结构。

这种分类方式从电路构成的角度揭示了名种拓扑结构的内在联系。按照这种分类方式，多管串联的两电平变换电路，二极管钳位和飞跨电容钳位型多电平拓扑属于以器件串联为基础的桥臂扩展型结构；级联型多电平变流器属于以变流单元电路串联为基础的多单元变流器结构。

2高—低—高结构

该种结构将输入高压经降压变压器变成380V

的低压，然后用普通变频器进行变频，再由升压变压器将电压变回高压。很明显，该种结构的优点是可利用现有的低压变频技术实现高压变频，易于实现，价格低；其缺点是系统体积大、成本高、效率低、低频时能量传输困难等。

3器件串联拓扑结构[4]

3.1多管串联的两电平变换电路

将器件串联使用，是满足系统容量要求的一个简单直观的办法。串联在一起的各个器件，被当作单个器件使用，其控制也是完全相同的。这种结构的优点是可利用较为成熟的低压变频器的电路拓扑，控制策略和控制方法；其缺点是串联开关管需要动态均压和静态均压。这是因为串联器件开、关时间不一致，最后开通或最先关断的器件将承受全部电源电压，这就必然影响到它的可靠运行，所以，电力电子器件串联运行时应有相应的均压措施，而均压电路使系统复杂化，损耗增加，效率下降。另外，为使串联器件同时导通和关断，对驱动、控制电路的要求也大大提高。图1为多管串联的两电平主电路拓扑结构。

3.2中点钳位型多电平拓扑结构

3.2.1二极管钳位型多电平结构

为了解决器件直接串联时的均压问题，逐渐发展出以器件串联为基础，各器件分别控制的变流器结构。在这方面，日本学者A.Nabae于1983年提出的中点钳位型PWM逆变电路结构具有开创性的意义。单相中点二极管钳位型变流器的结构如图2所示，该变流器的输出电压为三电平。如果去掉两个钳位二极管，这种变流器就是用两个功率器件串联使用代替单个功率器件的半桥逆变电路。由于两个钳位二极管的存在，各个器件能够分别进行控制，因而避免了器件直接串联引起的动态均压问题。与普通的二电平变流器相比，由于输出电压的电平数有所增加，每个电平幅值相对降低，由整个直流母线电压降为一半直流母线电压，在同等开关频率的前提下，可使输出波形质量有较大的改善，输出dv/dt也相应下降，因此，中点钳位型变流器显然比普通二电平变流器更具优势。

图4

图2中DA，DA′，DB，DB′为钳位二极管，分压电容C1=C2。开关管SA1，SA1′和SB1，SB1′等互补。

增加分压电容、钳位二极管，功率开关管可以得到多电平变换电路。若要得到m电平，则需要（m－l）个直流分压电容，每一桥臂需要2（m－l）个主开关器件和（m－l）（m－2）个钳位二极管。在需要四象限可逆运行的场合，可将两组相同的多电平变换器按照“背靠背”的方式进行连接。

二极管钳位型变流器同时具有多重化和脉宽调制的优点，即输出功率大，器件开关频率低，等效开关频率高；交流侧不需要变压器连接；动态响应好，传输带宽较宽；便于双向功率流控制。其缺点是

1）钳位二极管的耐压要求较高，数量庞大。对于m电平变流器，如果使每个二极管的耐压等级相同，每相所需的二极管数量为（m－1）(m－2)，不但大大提高了成本，而且在线路安装方面相当困难。因此，在实际应用中一般仅限于7电平或9电平变流器的研究。

2）开关器?的导通负荷不一致。最靠近母线的开关SA1仅在Va0=Vdc时开通。而最靠近输出端的SAm仅在Va0=0时不开通。导通负荷不平衡导致开关器件的电流等级不同。在电路中，如果按导通负荷最严重的情况设计器件的电流等级，则每相有2(m－2)个外层器件的电流等级过大，造成浪费。

3）在变流器进行有功功率传送的时候，直流侧各电容的充放电时间各不相同，从而造成电容电压不平衡，增加了系统动态控制的难度。

3.2.2飞跨电容多电平变换器结构

图3所示为单相飞跨电容三电平变换器的拓扑结构，C1及C2为直流侧串联电容，CA及CB为钳位电容。假定每个电容的电压等级与开关器件相同，那么一个m电平变流器在直流侧需要m－1个电容。通过比较不难看出，直流侧电容不变，用飞跨电容取代钳位二极管，工作原理与二极管钳位电路相似。这种拓扑结构虽省去了大量的二极管，但又引入了不少电容。对高压系统而言，电容体积大、成本高、封装难。不过在电压合成方面，由于电容的引进，开关状态的选择更加灵活，使电压合成的选择增多，通过在同一电平上不同开关状态的组合，可使电容电压保持均衡。由此可知，电容钳位型多电平变流器的电平合成自由度和灵活性高于二极管多电平变流器。电容钳位型多电平变流器的优点是开关方式灵活，对功率器件保护能力较强；既能控制有功功率，又能控制无功功率，但控制方法非常复杂，而且开关频率增高，开关损耗增大，效率随之降低。其主要缺点是

1）需要大量的存储电容。如果所有电容的电压等级都与主功率器件的相同，那么一个m电平的电容钳位型多电平变流器每相桥臂需要(m－1)(m－2)/2个辅助电容，而直流侧上还需要（m－1）个电容。电平数较高时就增加了安装的难度，同时也增加了造价。

2）为了使电容的充放电保持平衡，对于中间值电平需要采用不同的开关组合，这就增加了系统控制的复杂性，器件的开关频率和开关损耗。

3）与二极管钳位型多电平变流器一样，电容钳位型多电平变流器也存在导通负荷不一致的问题。

4以变流单元电路串联为基础的多单元变流器结构

4.1级联型多电平拓扑结构

这是一种较为新颖的多电平变换器拓扑结构。级联型多电平变流器，采用若干个低压PWM变流单元直接级联的方式实现高压输出。由这种拓扑结构组成的电压源型变频器系由美国罗宾康公司发明并申请专利，取名为完美无谐波变频器。我国北京利德华福生产的高压变频器也是采用这种结构。该变频器结构具有对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置，输出波形好，不存在由谐波引起的电动机附加发热，转矩脉动，噪声，共模电压等问题，可以使用普通的异步电动机。

4.1.1单元串联多电平变换器原理[3]

单元串联多电平变换器采用若干个独立的低压功率单元串联的方式来实现高压输出，其原理如图4（a）所示。6kV输出电压等级的变频器主电路拓扑结构如图4（b）所示。电网电压经过二次侧多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交—直—交PWM电压源型逆变器结构〔见图4（c）〕，将相邻功率单元的输出端串接起来，形成丫联结结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。每个功率单元分别由输入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之间相互绝缘。对于额定输出电压为6kV的变频器，每相由5个额定电压为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，每个功率单元承受全部的输出电流，但只提供1／5的相电压和1／l5的输出功率，所以，单元的电压等级和串联数量决定变领器输出电压，单元的额定电流决定变频器的输出电流。

由于不是采用传统器件串联方式来实现高压输出，而是采用整个功率单元串联，所以，不存在器件串联引起的均压问题。由于串联功率单元较多，对单元本身的可靠性要求很高。输入变压器实行多重化设计，达到降低谐波电流的目的。

4.1.2同其他拓扑结构的比较

与采用高压器件直接串联的变频器相比，采用这种主电路拓扑结构会使器件的数量增加。但低压IGBT门极驱动功率较低，其峰值驱动功率不到5W，平均驱动功率不到1W，驱动电路非常简单。由于开关频率低，且不必采用均压电路和浪涌吸收电路，所以系统在效率方面具有较大的优势。功率单元采用目前低压变频器中广泛使用的低压IGBT功率模块，技术成熟、可靠。由于采用二极管不可控整流电路结构，所以，变频器对浪涌电压的承受能力较强。

相对于二极管钳位型和电容钳位型多电平变流器，这种结构避免了使用大量的钳位二极管或电压平衡电容。每个独立直流源与一个单相全桥变流器相连。交流侧的端电压通过串联方式叠加，形成多电平变流器的输出电压。每个单相全桥变流器可以产生一个三电平的输出电压。由m个变流器单元级联而成的多电平变流器的电平数为（2m＋1）。

单元级联多电平拓扑结构的优点是：1）使用串联的方法可以将耐压低、开关频率也不高的功率器件直接应用到高压大功率场合；

2）基于单元串联结构，每个单元的控制逻辑都是独立的，从而解决了中点钳位逆变电路在电平数增加时，开关逻辑越来越复杂的问题；

3）各单元互相隔离，串级电路结构不存在静、动态均压问题；

4）在串级电路设计上可以使用功率单元旁路技术，这样当某个单元发生故障时，控制系统可以直接将故障单元旁路，电路仍可继续工作，只是输出电压略有下降；

5）串级电路的单元模块化为实际安装和使用提供了很大便利；

6）串级电路使用多副边绕组变压器，通过副边绕组的移相联接可以将电流谐波影响几乎减小到零，从而改善了电路的功率因数。

然而，串级电路结构的缺点也比较明显：

1）每个基本单元都用一个独立的直流电源供电，虽然使各个单元彼此隔离，但随着电平数增加，直流电源数也将增加；

2）使用的功率单元及功率器件数量较多，增加了投入，造价昂贵，且装置的体积大，需要占用一定的安装空间；

3）无法实现能量回馈及四象限运行，只适用于风机、水泵等一般不要求四象限运行的设备。

4.2改进的级联型多电平变换器[1][2]

当独立的直流电源电压相等，并且取E时，由m个单相全桥逆变单元组成的单相级联型多电平电路输出电平数为2m＋1。若将级联多电平变换器中各独立直流电源的电压分别取E，2E，4E，2mE，则其输出电平数大幅度地增加到2m－1，这就是改进的级联多电平变换器的思想，从更严格的意义上讲，它不是一种新的电路拓扑结构，说是一种控制策略更为合适。

图5为采用改进的级联多电平结构的GTO和IGBT混合型逆变电路。该逆变器的直流侧总电压为4.5kV，由GTO组成的高压单元承担3kV，由IGBT构成低压单元承担1.5kV。采用合适的控制策略，可以在输出合成由－4.5kV，－3kV，

－1.5kV，0，1.5kV，3kV，4.5kV等7电平构成的阶梯波，如表1所列。和电压相等的普通级联多电平电路相比，输出电压的级数由5增加到7。将波形合成策略和脉冲宽度调制PWM策略相结合，可以得到一种非常适合于该种混合型级联多电平逆变器的控制策略，即较高电压的GTO逆变单元以输出电压的基波频率为切换频率；而较低电压的IGBT逆变单元则在较高的频率下进行脉冲宽度调制，以此来改善输出波形。GTO和IGBT在电路中的作用有所不同，GTO主要用来承担电压，而IGBT用来改善波形。图6为混合逆变电路仿真输出波形，其中图6（a）为GTO输出波形，开关频率为基波频率，图6（b）为IGBT输出波形，载波频率为4kHz。级联型多电平变换器中各独立直流电源的电压还可以分别取E，3E，9E，3mE，则其输出的电平数大幅度地增加到3m。但由于电压以2m或者3m倍数增加，而器件的耐压有限，所以，改进型级联多电平电路的串联级数不能无限增加，实际系统的级联数目最多不会超过3。

表1改进的级联多电平变流器各输出电平组合情况（Vdc=2Vdc=2E）

Vdc

GTO单元的输出电压

IGBT单元的输出电压

－E

－2E

－3E

－2E

－E

大功率范文篇6

关键词:大功率;变频拖动;变频器;电网波动

矿井通风机是矿山的重大安全设备之一，通风机的正常运行，直接关系到矿井的正常安全生产和人员的生命安全。为了解决风机启动过程冲击电网、雷雨天气电压大幅波动以及故障状态快速切换风机等问题，2009年始，潞安化工集团就以下属矿井常村矿中央轴流式及高压变频技术研制与应用项目为依托，历时15个月，顺利实现了大功率主通风机变频集控闭环节能高效运转，取得了5方面成效:①避免因电网电压波动引起风机故障停机、瓦斯超限事故;②风机切换时间从原先的10min大幅减小到3min，反风时间减少到5min;③使大马拉小车的矿井主通风机节能运行，电动机效率不低于90%，功率因数0．99;④启动电流变化为线性变化，彻底解决大启动电流冲击电网问题;⑤电动机在低频下运行，噪音为70dB。潞安化工集团开始大规模对直接启动或频敏电阻、水电阻等软启方式的主通风机进行变频改造，并积累了丰富经验。经调研，潞安化工集团的主通风机变频控制覆盖率位于全国煤企前列。文章以古城矿鲍店风井主通风机建设项目为例，对变频控制系统中的关键技术方案及配置要求进行详细的介绍与分析。

1大功率主通风机项目概况

古城矿采用分区式通风，机械式通风方法。现投运的主通风机有中央主通风机和桃园主通风机，其中:中央风井主通风机选用沈阳发动机研究所风机厂生产的2台的AGF606－4．0－2．4－2型轴流式通风机(配套电机功率4000kW)，担负北一、北二和北三盘区的通风任务;桃园风井主通风机选用沈阳发动机研究所风机厂2台AGF606－4．0－2．2－2型轴流式通风机(配套电机功率2800kW)，担负南一、南二和南三盘区的通风任务。本文案例项目为鲍店风井主通风机建设，由鲍店进风立井进风，鲍店回风立井回风，进、回风立井井筒直径均为8．0m。前期为北二盘区服务，后期为北四盘区服务，预计2023年投运。拟选用抽出式轴流通风机，风机直径≥3．8m，电机功率≥4500kW，采用变频控制技术，并具备无人值守功能。

2变频拖动系统关键技术分析

主通风机的电控系统有高低压配电设备、监控系统、变频控制系统三个部分，其中高性能、高可靠性的变频控制系统是风机安全运行的重要保证。变频控制为“一拖一”系统，即2套风机的2台电机由2套变频器独立拖动。该拖动方案满足风机单电机运行的要求，同时能通过切换柜实现変频器对另一台风机的拖动，即变频器与电机交叉拖动。

2．1高压变频系统配置要求

高压变频调速系统(含干式移相整流交压器)，要求高压变频器按10/10kV设计，输入10kV，输出10kV。变频调速系统包括变频器、柜体、移相整流变压器和附件等，其中变频器是重中之重。该项目主通风机配套10kV、4500kW电动机。为延长变频器使用寿命及确保运行中安全稳定性，高压变频器优选优质进口产品，容量不小于5500kVa。高压变频器选用交－直－交型变频器，直接高高结构，要求输出直接为10kV以配套10kV电机直接调速运行［1］。

2．2变频器的安全保护设定

北方夏天雨季来临后，为避免电网不稳定对主扇运行的影响，变频器须具有瞬时断电再上电的能力。变频器功率单元内部自带上电自动充电功能，避免上高压电时对电网和变频器的冲击。变频器系统需要有内部控制电源瞬时失电不停机功能，可以在控制系统完全失电2s内不受任何影响，不再需要故障几率高的内部UPS，避免由于UPS故障造成停机。采用无速度传感器控制，启动转矩可达150%，对电网电压波动有极强的适应能力，在±10%范围内变频器能满载工作，在30%的电压下降情况下变频器能继续运行而不跳闸(降载运行)，40%的电压下降可以短时运行，电网瞬时失电5个周期可满载运行不跳闸，轻载时间更长。为便于运行人员和检修人员能辨别和解决出现的冋题，要求变频装置带故障自诊断功能，对所发生的故障类型及故障位置能提供中文指示，就地显示并远程报警。变频容易产生谐波，因此必须对谐波作出限定。调速系统产生的谐波应满足，“输入电流＜4%，输出电压＜6%，轴岀电流＜2%”输入侧功率因数为:在20%～100%的负载变化情况下达到或超过0．95的功率因数(无需功率因数补偿装置)。具有软启动功能。变频器应对其他设备无谐波影响。

2．3电机拖动参数分析及要求

变频调速装置具有良好的调节性能，能根据负荷的变化及时有效地实现调节［2］，在负荷从100%调节到40%的响应时间宜小于1min(现场1～3600s可调)。古城矿项目中电机为交流异步变频电动机，变频器不会对电机产生影响。变频器能实现对电机的反转反风操作功能。变频装置提供的控制和电动机保护功能有:过电压、过电流、欠电压、缺相保护、超额保护、失速保护、交频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等，并能联跳输入侧高压开关。内部功率单元内部整流二极管和功率元器件采用高压1700V，内部电容采用进口AIC电容。具有输出电压自动调整功能，输入电压变化时，自动调节输出电压，使输出到电机的电压保持相对稳定，保护电机。变频器输出电流应有一定的富余度，不得小于电机额定电流的1．2倍。变频器在启动、加速、运行的过程中应平稳顺滑，各频率运行时均不得引起电机明显共振，远离风机喘振区域。

3PLC控制设计及配置要求

变频调速系统由上级PLC进行协调控制，按设定程序(PLC给定运行)，实现对风机电动机转速自动控制［3］。PLC可编程控制器是整个系统的控制核心。为保证稳定、可靠、高速，PLC控制器可选用西门子S7－1500系列，PLC的I/O接口应有不少于20%的备用量。每台通风机采用1台PLC，共计2台PLC(主控PLC工作，另一台PLC热备);两台PLC采用冗余设计，每台PLC均配置冗余模块，冗余模块间通过高速光纤实时同步，当主控PLC出现故障或错误时，系统可以立即无扰动切换到备用PLC，不会影响系统工作。交频装置具有与PLC或其它控制系统通讯的工业以太网(EtherNet)接口。PLC柜输入电源等级AC220V、AC380V、50Hz，直流控制电源AC24V，交流控制电源AC220V，防护等级IP40。

4结语

主通风机实现变频控制，具有工况点调节更加精准快速、启动过程对电网冲击小、节能效果明显等诸多优点。本文提出的变频及PLC控制系统方案，在潞安化工集团多个新/改建风机项目中成功应用。最后将实践过程得到的两点指导性建议进行分享:1)配置主通风机变频器时，要考虑高压变频在集团内部的通用性，以提高安全性，减少备件的采购量，节约成本。2)变频器对环境要求较高。可以采用空调为主通风机房控制室及变频室提供恒温条件。通过通讯接口，将数据采集器与空调系统对接，实现对环境温度的自动控制。

参考文献:

［1］娄高峰，王晶波．主风扇机变频控制方式的设计［J］．机电元件，2011，31(4):7．

［2］张抗抗．煤矿主通风机风量调节系统的设计与实现［D］．徐州:中国矿业大学．

大功率范文篇7

关键词：太阳能电池太阳能车MPPT

太阳能赛车是利用太阳能电池发电驱动的电动车。太阳能电动赛车的电器系统基本结构如图1所示。

MPPT(MaximumPowerPointTracker)即峰值功率跟踪器，是太阳能电池发电系统中的重要部件。众所周知，在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池阵列输出功率也会变化，但是存在一个最大功率点Pm以及与最大功率点相对应的电压UMp和电流IMD。当工作环境变化时，特别是日光照度和环境温度变化时，太阳能电池阵列的输出特性曲线也随之变化，与之相对应的最大功率点也随之改变，如图2所示。通常来讲，太阳能电池输出特性曲线的变化与日光照度的变化是成比例的[1]。但在实际应用中，日光照度的变化再加上工作温度的变化，使得太阳能电池输出特性的变化很复杂。

在太阳能发电系统中没有采用MPPT，而是直接把太阳能电池阵列与蓄电池并联工作时，由于阵列的输出状态受到电池、电机工作状态的限制，输出功率往往不在阵列的最大功率点。MPPT的作用是使太阳能电池阵列工作在最大输出功率点。它是高效率的DC／DC变换器，相当于太阳能电池输出端的阻抗变换器。MPPT是太阳能车、太阳能发电系统、太阳能水泵上常用的功率提升部件。MPPT能使太阳能电池阵列的输出功率增加约15％～36％[2]。

1太阳能赛车的MPPT方案设计

本文所述MPPT是为清华大学“追日号”太阳能赛车研制的。“追日号”太阳能赛车的太阳能电池阵列总面积为6．67m2，最大输出功率为825W，开路电压在160V～170V之间，根据太阳能电池阵列输出特性试验，得到阵列最大功率点电压在129．6V～137．7V之间。由此确定蓄电池组由10个12V／20Ah(5小时放电率)的铅酸蓄电池串联组成，额定电压为120V，工作电压在120V～140V之间。蓄电池工作电压在太阳能电池阵列的最大功率点电压附近。

MPPT要实现太阳能电池工作电压到蓄电池电压的转换，其本身是需要消耗能量的；同时MPPT应用在“追日号”太阳能车上，它的重量将增加整车功率的消耗。如果MPPT的转换效率过低，应用MPPT所获得的太阳能电池阵列输出功率的增加有可能被MPPT本身消耗掉，甚至起反作用。在工作中，由于日光照度、温度等的变化，太阳能电池阵列的最大功率点(MPP)将随工作环境的变化而时刻变动着，MPPT必须随时监测阵列输出状态的变化，根据智能的控制策略判断最大功率点的位置，调整阵列的工作电压跟踪最大功率点电压，由此实现MPPT的功能。因此，MPPT不仅是一个高效率的DC／DC转换器，更是一个智能的控制系统。

1．1MPPT的硬件设计

MPPT的硬件包括MPPT主回路、微处理器、信号调理电路、PWM驱动电路、电源、通信接口等六个部分。其硬件结构如图3所示。

MPPT的电压转换器采用BuckDC／DC转换器，以MOTOROLA场效应管作为电子开关器件；采用PWM控制方式，工作频率为16kHz。由上述的太阳能电池阵列电压与蓄电池电压可知，MPPT的BuckDC／DC转换器的降压比在0．6～1．0之间。在这个降压比范围内，MPPT的转换效率在86％～99％之间。

由于采用了BuckDC／DC转换器，在太阳能电池阵列的工作电压高于蓄电池电压的情况下，通过调整BuckDC／DC转换器的占空比即可改变太阳能电池阵列的工作电压[3]。MPPT的BuckDC／DC转换器的电感上L=4mH，临界负载电流Iok为：

Iok=(Vout/2Lf)/(1-D)

Iok|D=0.7=120V/(2×4mH×13kHz)(1-0.7)≈0.35A

当电流I>0．35A、占空比D>0．7时，在场效应管开关的一个周期内，电感的电流是连续的，则BuckDC／DC转换器的降压比等于PWM控制信号的占空比。所以MPPT的控制策略是通过调整PWM的占空比D来调整BuckDC／DC转换器的降压比，以达到调整太阳能电池阵列工作电压为最大功率点(MPP)电压的目的。

MPPT微处理器的工作步骤是：首先采集MPPT主回路的电压及电流信号，然后根据最大功率点跟踪策略判断最大功率点的位置，确定PWM信号占空比D的值，最后输出PWM信号给驱动电路。微处理器是MPPT的控制核心，这里采用飞利浦80C552单片机来实现MPPT的控制。而且微处理器可以通过RS232接口与PC机连接，实现MPPT和PC机之间信息的交换。

在信号调理电路部分，设计了线性光耦电路来实现信号的隔离与放大，以保证微处理器部分免受干扰。

1．2MPPT的软件设计

MPPT的软件采用模块化结构，包括初始化、采样、穷举法跟踪、成功失败法跟踪、PWM输出、串口通讯等模块。系统程序流程图如图4所示。

MPPT最大功率点的跟踪程序分为穷举法和成功失败法两种，MPPT依据太阳能车不同的运行情况，分别调用这两种最大功率点跟踪程序，以实现MPPT的功能。

2MPPT最大功率点跟踪策略

由于光电转换过程的物理方程难以在实际应用中准确获取参数，同时太阳能电池阵列的工作条件是不断变化着的，因而太阳能电池阵列的输出特性方程在太阳能车的应用中成为一个存在极大值的约束不确定方程。因此MPPT的最优化问题采用直接搜索法求取。

MPPT的跟踪策略为：首先，在启动或重启的时候采用穷举方法进行全局寻优，找到当前最大功率点；然后，在以后的工作过程中采用成功失败法动态跟踪最大功率点。穷举方法，即在D=[0，1]范围内以一定步长搜索获得最大功率的Dmax，则可认为与最大功率点相对应的最优占空比D在Dmax附近。Dmax将作为成功失败法的起点。穷举法的目的是在全局范围内迅速找到最大功率点，穷举法应用于太阳能车启动和系统重启这两个系统对最大功率点完全未知的情况。其中包括太阳能车进入阴影、电池阵列被遮挡等光照情况发生较大变化以及司机人为重新启动系统等情况。

成功失败法的基本思想是每一次搜索都改变步长，若第k次搜索中沿某一方向搜索成功，则阵列输出功率增大，那么第k+1次则仍沿这一方向搜索，并可扩大步长；若第k次搜索失败，则第k+1次应沿反方向搜索，并缩小步长[4]。在穷举法找到全局最优的基础上，成功失败法的步长将可以设为较小值，有利于尽快找到最大功率点。

3MPPT的试验研究

为验证MPPT的工作效果，采用LabVIEW软件并结合PC-1216-K3信号采集板搭建的测量系统，检测“追日号”太阳能车发电系统在加入MPPT之前与加入MPPT之后系统各环节的电压、电流值，并计算出相应的功率。通过这些数据曲线便可以看出MPPT对太阳能发电系统性能的改善。

“追日号”太阳能车发电系统在没有MPPT情况下的输出电压、功率曲线如图5所示。

可以看到，阵列的平均输出功率约为125W，工作电压约为117V。在加入了MPPT之后，太阳能电池阵列的发电输出功率有了明显的提高，其输出曲线如图6所示。

由图6可以看出，太阳能电池的输出功率约为170W，有了明显的提高。单从太阳能电池阵列的角度来看，其发电功率提高了约40W，增幅约为36％。但是从太阳能电池发电系统的构成来看，在系统中增加了MPPT，其本身也要消耗一部分功率。经过MPPT后的输出功率才是真正有效的功率，其输出曲线如图7所示。

图6、图7中前76个数据点是穷举法全局寻优的过程，在找出全局最大功率点后，采用成功失败法跟踪最大功率点。可见，最大功率点的跟踪过程是动态的。平均来看，穷举法与成功失败法得到的最大功率点有一微小差距，但是总体来看，成功失败法获得的最优值始终接近最大功率点。虽然穷举法在最初的寻优过程不在最大功率点附近，但是整个穷举法寻优过程只有3．8s，而且很快达到最大功率点附近，因此穷举法的最初寻优过程对阵列输出功率造成的损失是有限的。总体来看，太阳能电池阵列通过MPPT的平均输出功率约为145W，阵列工作电压维持在132V左右。值得注意的是，MPPT在工作过程中的转换效率没有达到理想的99％，其原因有：在MPPT的工作过程中，成功失败法一直处于寻优过程，MPPT也一直处于动态的调整过程中；在成功失败法寻优过程中，有时会调整MPPT进入转换效率相对较低的工作区域。这也说明控制策略是MPFF的重要组成部分，控制策略能够影响MPPT的工作效果。要想进一步提高MPPT系统的转换效率，需要对整个寻优算法及控制过程进行优化。

由图5可以看出，没有MPPT的太阳能电池发电系统的平均输出功率约为125W，这个功率明显低于MPFF的输出功率：145W(最大功率点)。这与蓄电池电压只有117V左右有关系，因为蓄电池电压过低，使太阳能电池阵列工作电压远离最大功率点电压。

大功率范文篇8

1.1复核及优化帷幕灌浆底线

传统的压水试验分单塞和双塞两种方由于传统的双塞法在封堵上存在封堵不严或易造成卡孔事故，一般采用单塞的方法。单塞压水试验是在钻孔过程中，钻到一定的深度后，用塞球封堵在某特定位置，利用钻机的重量让塞球变形达到封闭塞球与钻孔底段的目的，从而利用相应的压力计、流量计进行测试。为了减少对钻孔施工的影响，本程中的压水试验采用了改进的双塞压水试验的方法，即钻孔一次成形，利用油泵对特定长度的两段塞子进行加压让塞球变形达到封闭的目的，再利用压力计和流量计对该段的图3灌前大功率声波CT成果图图4灌后大功率声波CT成果图图5灌浆效果好的钻孔录像成果图渗透率进行测试，该方法不依赖钻机，也不对钻孔施工造成影响，提高了测试效率与精度。图1为钻孔压水试验成果图，根据规范要求解释试验成果图对岩体渗透性进行分类。同时结合设计给出的防渗标准，对比设计底线发现小桩号端底部岩体属于微透水区，该部位底线可抬升；而大桩号岩原底线下部岩体的透水率值大多在5Lu以上，远高于设计标准，为保证工程质量，则建议该部位的防渗帷幕底线下调(图1）。

在0+30、0+54位置完成了预定深度的钻孔，并进行了钻孔大功率声波CT检测。大功率声波成果图见图3。从大功率声波成果图上可以看出，钻孔深度60m以上，岩体波速较高，反映出岩体完整；钻孔深度60～70m间存在2000～2800m/s的低波速区，解释为砂层分布区，分布形态上看，小桩号端较厚，大桩号端较薄。由于砂层埋深深、规模大，对工程影响大，属不良地质体，为保证工程质量，最后确定的处理方案是先对砂层段进行高喷处理、再进行细磨细水泥灌浆、最后根据检测情况确定是否进行化学灌浆处理。

1.2岩溶灌后检测

施工方完成高喷灌浆后，我方利用钻孔压水、钻孔全景录像、大功率声波CT对灌浆效果进行检测，得到如下结果：(1)钻孔压水试验成果反映：经高喷灌浆处理后，检测钻孔的透水率大多数小于1.0Lu，说明采用高喷灌浆处理的效果良好的。(2)大功率声波CT成果参见图4，通过成果图可以看出砂层区域的波速大幅提高，高于3.4km/s，低速范围缩小，反映了高喷灌浆的效果良好。(3)钻孔全景录像成果参看图5，其中发现不良灌注孔，全部进行处理，达到了控制施工质量的目标。

2结语

大功率范文篇9

1大功率直流电机驱动电路的设计

1.1总体结构

大功率直流电机驱动电路如图1所示：从图1中的总体结构能够看出电机驱动电路在控制信号方面具有重要作用，主要的控制信号包括电机转向控制（DIR）及电机转速控制（PWM）两种。Vcc1是驱动逻辑电路中的部分电源，能够为驱动电路提供电源，Vcc2、Vcc3也是驱动逻辑电路中的重要组成部分，在为大功率直流电机驱动电路进行供电时，主要是采用双电源供电方式。M+、M-作为直流电机的接口[1]。大功率直流电机驱动电路在供电过程中，为了取得良好的供电效果，需要将驱动电路电气与控制电路电气隔离开来，避免驱动电路在运行过程中对其他电路的运行效果造成较大的影响，避免电路运行过程中遭受到其他电路的干扰，给系统的逻辑预算造成较大的影响。加大对逻辑信号的控制和使用，充分利用信号来提升光电隔离效果，放大逻辑信号的作用，充分利用控制电路与驱动电路的作用，来驱动H桥上的下臂，在驱动直流电机，以完成对驱动电路系统的控制[2]。

1.2电机驱动逻辑电路分析

在对驱动电路图进行设计时，需要严格按照电器隔离的要求级Power MOSFET特性要求进行设计，结合当前工业行业对电路的使用要求，设计出了一款大功率直流电机驱动电路。驱动电路在实际的使用过程中，需要确保MCU端和电路输入端进行有效的连接，所设置的输入信号主要包括DIR信号和PWM信号两种。其中DIR信号主要是指数字信号，通常为0或1。而PMN信号为脉宽调制信号，被广泛应用与电机转速控制中，需要确保两种信号的有机连接，以此来提升信号控制效果，满足工业企业对电机驱动逻辑电路的使用需求。通常电机驱动逻辑电路由电机驱动逻辑电路、光电隔离和驱动放大器电路及H桥功率驱动电路共同组成[3]。电机驱动逻辑电路如图2所示，控制信号PWM和DIR是电机驱动逻辑电路中的重要组成部分，主要用来收集MCU端送来的控制信号，信号会经过与门气74LS08和反向器74LS04运算后，来实现对光电隔离器的再驱动。将DIR作为方向控制信号，在输入信号时需要输入DOR2，将DIR1和转速控制信号PWM，通过74LS08进行预算，以得到转速控制信号PWM2。需要确保PWM相遇DIR2转速信号相运算后，以此来得到转速信号PWM1，在对信号进行控制时，主要分为两组对信号进行控制，将PWM1和DIR1作为一组，将PWM2和DIR2作为二组。PWM1和PWM2主要是用于控制电机的转速，而DIR1和DIR2主要是运用控制电机的正反转向[4]。待DIR1为1时，DIR2为0时，在对电机驱动情况进行记录时，运算器74LS08需要分别于PWM相乘，从相乘后的结果能够看出，PWM2计算所得的波形与PWM的波形相一致，说明两者的输出信号一致。如果DIR1为0时，DIR2为1时，说明PWM1与PWM两者具有一致的波形信号。通过以上对电机驱动逻辑电路进行分析的过程，能够看出DIR1、PWM1，DIR2、PWM2两组信号在逻辑运算中，有助于驱动广电隔离电路，对提升广电隔离电路使用效果具有重要作[5]。

1.3光电隔离和驱动放大电路分析

为了确保直流电机驱动电路有着良好的应用效果，避免受其他电路影响，给电路系统的安全稳定运转造成较大的影响，需要加大电路保护工作，将电机驱动电路与其他控制电路有机的结合起来，通过两者共同来实现对电气进行隔离。光电隔离器在大功率直流电机驱动中具有良好的应用效果，要做好光电隔离器的合理选择，光电隔离器自身的功能必须要满足大功率直流电机的使用需求，以便提升直流电机的驱动效果，满足电路的适应需求[6]。本文在对光电隔离和驱动放大器电路进行研究时，结合实际的功能需求，选择了817C和PS9713两种光电隔离器如图3所示，其中817C自身的频率相对较低，在实际的应用过程中，主要是运用对电机的方向控制。而PS9713在电路中使用，作为一种快速光电隔离器，自身的开关频率相对较高，被广泛应用于电机的转速控制中。在电机运转的过程中，PWM2为PWM的一致转速控制信号，通常将A点作为电位1，到光电隔离器U3截止，U4具有导通功能，B、F点的电位通常为0。隔离器U1在实际的应用过程中，被广泛应用与饱和通电中，在U2处截止使用，需要将D点的电位设置为E2+E3，要想确保直流电机驱动控制的合理性，需要做好PWM2处控制工作，确保开关在大功率直流电机驱动中始终保持良好的运转状态。另外，还需要加大对控制方向隔离器进行控制，所使用的隔离器主要是817C隔离器，在实际的应用过程中通过两两配合使用的形式，来完成对U1、U2、U3、U4的控制，能够确保电路在实际的运转过程中，电机能够有效的进行切换，避免上下桥臂出现直通短路现象，给电机系统的安全运转造成较大的影响，能够放大信号、起到隔离作用[7]。于导通状态，当控制工作处于开关状态下，电机会出现反转情况，受PWM控制影响较大[8]。图3电机驱动电路图

1.4H桥功率驱动电路分析

为了确保大功率直流电机驱动工作的稳定运转，避免电路自身存在的缺陷，对电路系统造成较大的影响，需要加大对H桥功率电路的研究力度，H桥功率驱动电路图如图4所示。本文在研究过程中主要是使用双电源形式，电源为E2、E3两种驱动电源，其中E2主要是用于提升电压，E3主要是用于电机供电，其中Q1、Q3门极主要是用于提升电压，运用的场效应管为AM60N06，对提升沟道增强型场效应具有重要作用，确保了驱动电流的正常稳定运行。另外，还需要明确工作开关状态，运用电阻R4、R5为U5提供电压，确保Q4能够与E点相连，通常门极电压波形通常会与PWM2波形相一致。为了减少导通及截止时间，需要合理选择电压，综合各因素进行考虑，当DIR为1时，Q2、Q3通常会处于截止状态，Q1在持续充电，Q4受PWM2控制影响较大。当工作在开关状态时，能够确保确保电机处于正常的运转状态，转速受PWM控制影响较大。当DIR为0时，Q1、Q4处于截止状态，Q2受PWM2控制开关影响较大，Q3一直处2大功率直流电机驱动电路的实现为了验证驱动器性能对大功率直流电机驱动电路所造成的影响，本文主要选用25D60-24V型直流电机，运用该电机来进行闭环控制。25D60-24V型直流电机的额定功率为60W，额定电压为24V，额定转速为2800rpm，额定电流为3.8A。电机在启动过程中最高的转速能够达到2915rpm，在运转过程中不会发生明显的发热现象，表明电机运转正常，在大功率直流电机驱动电路中具有良好的使用效果，最高的工作时间能够满足连续三天，每天工作的时间超过8小时。为了确保直流电机在工作过程中，免受其他测试电路影响，需要做好系统与开关之间的自由切换工作，提升测试电路的抗干扰能力及抗冲击力，避免电路系统发生严重的故障。另外，直流电路系统在实际的使用过程中受增加负载现象影响较大，给电机的正常运转造成较大的影响，导致电机无法正常工作，严重影响电机的实际运行效果。针对这一情况，为了能够确保电机的正常运转，满足电机的驱动需求，需要做好电机的优化设计，避免电流在启动和制动过程中出现严重的电流骤升现象，需要在电路中留有一定的电流冗余，提升了电路的抗干扰能力，对确保电路系统的安全运转及稳定工作具有重要作用[9]。

2结论

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现阶段的大功率重载电力机车的主电路为交直交电形式，安全系数较高并且方便保养与养护。车体设计中应用了中央梁进行承载，能够采用模块化的方式进行大批量生产。电力机车包括直流与交流两种。直流机车将SS4系列作为示例进行说明。将对称三段半控桥作为主电路，在牵引时能够以恒定的电流与速度进行。机车采用电子或微机控制系统，在机车空转滑行时能够提供必要的保护，并且具有功率因数补偿、传送与显示主要信息数据的功能。在布置设备时，该种系列的机车仍然沿用双边走廊，呈斜对称方向，设备屏柜化。在设置通风系统时，使用车体通风，从车体一侧的大型百叶窗进风，给机械件营造微负压的环境。交流电机将DJ1系列作为示例进行说明。主电路利用具有明显优势的GTO器件给三相异步牵引电动机来提供电力。机车利用TCN系统来提供空转与滑行保护，并具有轴重转移补偿、诊断故障等功能。在进行设备布置时，利用模块化，进行导轨安装、设备成套化等。采用的通风系统与直流电机不同，独立通风，送风由独立的机械间风机进行，给机械间营造微正压的环境。为满足重载运输的要求，上述两个系列的机车都安装了国外先进的LOCOTROL系统。该系统的基本运行原理是前部的机车向其他部分机车做出同步牵引、制动的指示。另外，利用制定管压力自动检测系统能够监控系统的无线通讯是否处于正常状态。使用该系统的优点为：能够减轻牵引车钩力，在转弯时减弱车受到的阻力，减轻车轮的损耗。机车的中部与后部同样参与排风与充风，提高排风与充风的速度，加快制动波传送，减小制动产生的纵向力，避免断钩。

2大功率重载电力机车的设计

设计重载电力机车时仍然使用传统的机车设计平台，但在选用零部件上需要保证满足重载运输的需要：重载电力机车牵引质量大、编组长，需要先进行机车牵引特性的计算，再确定主传动选用何种系统；需要将纵向动力学对重载列车的影响考虑在内，车钩力与纵向冲动要保持在极限之内。针对强度进行设计时，要将车体的承载能力考虑在内；在计算冲击载荷时，需要考虑重载电力机车编组对车钩缓冲器的要求；近年来重载电力机车的编组长度逐渐增加，单台的重联机车已经满足不了牵引、制动的需要，采用分布式控制系统具有一定的作用。2.1机车总体与电气设计技术相较于直流传动系统，交流的恒定功率范围更广，并且具有较高的黏着利用率。在设计传动系统时，采用具有优势的交流传动系统，能够满足重载电力机车的牵引质量大的特点，并且能够结合具体的实际情况选用适合的牵引变压器等。由于重载电力机车在实际运行中对线路环境有要求，所以需要电气部件具有一定的防护等级，并且能够在一定程度上抵御寒冷。例如，在气温很低的环境中进行重载运输的电力机车，对这类机车进行设计时要保证屏柜的防护等级达到IP54级以上，并且需要增设加热电阻来减弱低气温对电力机车的影响。一些关键部位的设备需要进行封装，减少故障发生的概率。重载机车的运输路程一般很长，为保证驾驶员基本的生活需要，要设计洗手间、床铺等基本的生活设施。现阶段的重载电力机车在进行系统集成设计时，通常采用LOCOTROL系统进行无线分布式控制，能够满足牵引、制动的需要。2.2车体设计技术车体的设计都是将底架作为主要部分、其他辅助部件进行协助，能够共同承载整体的重力，在一定程度上提高底架重量占的比例，能够在增强底架结构承载能力的基础上降低电力机车车体的高度，提高机车性能。由于重载电力机车在行进中受到较大的纵向牵引力与瞬时冲击力，车体受到较大的纵向荷载，在设计时需要充分考虑这些因素，将车体的承载能力作为重点。保证每个部件与结构的科学合理性，促使纵向荷载更加合理地传递，其他承载零部件也能够参与其中，减少车体在巨大作用下产生的形变。在设计中，只满足车体的结构静强度是远远不够的，还要将车体刚度对车体承载结构的疲劳强度考虑在内。如果局部的刚度太大或者不协调会影响车体的疲劳强度。所以，为解决这类问题，需要在降低应力强度的同时保证刚度的协调性。另外，需要在设计中引进有关疲劳强度的理念，保证局部结构应力尽量分散。

3大功率重载电力机车的发展

重载铁路运输对国民经济的发展具有重要影响，国家对该行业的投入力度一直在加强，所以重载电力机车的技术与设计也取得了一系列的进展。具体表现在：不断加强对牵引变流器的可靠性研究；三相异步牵引电动机的设计与制造水平在不断提高，现有等级已经逐步赶超国际先进水平；微机网络的技术不断提高，微机故障技术也更为完善，现阶段有关方面的技术与国际先进水平还存在一定的差距，需要借鉴、吸收、消化、改进，进一步提高；在车体技术方面，需要在车体结构的强度符合要求的基础上进行；有关大功率重载电力机车的技术规范将逐渐完善，对车体的强度进行计算、分析的水平有所提高；重视车体碰撞的吸能技术的发展；加强轮轨关系的重视，减少车轮的磨损程度，延长使用寿命；加强三轴径向转向架的开发与利用，为电力机车直线与曲线通行时提供重载牵引；为改善电力机车在制动后充风的问题，借鉴发达国家的先进经验，发展电力机车电空制动技术。

4结语

在我国经济高速发展的今天，铁路运输仍然发挥着重要的作用。随着科技的发展与国际竞争形势的激烈，使得大功率重载电力机车的技术与设计日趋重要。尤其是近年来国内制造企业针对我国的实际情况借鉴国外的先进技术并加以改善，使得电力机车的技术水平又上升了一个新的台阶，与国家先进水平的差距逐渐缩小。

参考文献

[1]李时民，金希红，朱茂华，陈露.铁路重载大功率电力机车冷却技术研究及发展[J].电力机车与城轨车辆,2015(6):30-32.

[2]刘宪.大功率重载货运电力机车车轴在役超声波探伤试验[J].机车电传动,2014(4):89-93.

[3]沈彩瑜，米彩盈.重载电力机车车体强度和刚度研究[J].计算机仿真,2014,31（2）:230-234.

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