高壓變頻器*概述

　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。

　　而通常把驅(qū)動(dòng) 1KV 以上交流電動(dòng)機(jī)的中、大容量變頻器稱為高壓變頻器。按 照國(guó)際慣例和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，電壓在 10KV 以上的稱為高壓，10KV 以下稱為中 壓。但由于大家習(xí)慣上把額定電壓為 3KV 和 6KV 和 10KV 的電動(dòng)機(jī)稱為“高 壓電機(jī)”所以驅(qū)動(dòng)這個(gè)電壓等級(jí)的變頻器統(tǒng)稱為高壓變頻器。隨著現(xiàn)代電力 電子技術(shù) 和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓?jiǎn)栴}，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。

　　高壓變頻器*分類

　　1、按技術(shù)方案分類

　　A、電壓源型：中間直流環(huán)節(jié)為電容。

　　B、電流源型：中間直流環(huán)節(jié)為電容。

　　2、按主電路結(jié)構(gòu)分類

　　A、交—交調(diào)速方式

　　B、交—直—交調(diào)速方式

　　3、按電壓變換方式分類

　　A、高—低—高：：使用低壓變頻器輸出2300V或690V，再增加升壓變壓器升到3KV或6KV;其特點(diǎn)是相對(duì)效率低(系統(tǒng)效率為95%)、高可靠性、價(jià)格便宜、維護(hù)成本低。

　　B、高—高：：直接輸出3kV或6KV高壓，變頻器輸出沒有升壓變壓器;其特點(diǎn)是可靠性高、效率高、價(jià)格貴

　　4、按電路拓樸結(jié)構(gòu)分類

　　A、單元串聯(lián)多電平

　　B、三電平

　　C、電容箝位四電平

　　D、功率器件直接串聯(lián)

　　高壓變頻器*結(jié)構(gòu)

　　基本結(jié)構(gòu)：

　　 整流電路 

　　直流濾波環(huán)節(jié) 

　　逆變電路的 

　　控制

　　拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

　　一般都由三部分組成: 

　　整流電路: AC to DC(交流-直流); 

　　中間直流環(huán)節(jié):濾波和能量?jī)?chǔ)存; 

　　逆變器:DC to AC(直流-交流).

　　高壓變頻器*工作原理

　　高壓變頻器是一種串聯(lián)疊加性高壓變頻器，即采用多臺(tái)單相三電平逆變器串聯(lián)連接，輸出可變頻變壓的高壓交流電。按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：n=(1一s)60f/p=n。×(1一s)(P：電機(jī)極對(duì)數(shù);f：電機(jī)運(yùn)行頻率;s:滑差)從式中看出， 電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n。正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率(n。=60fp)，由于滑差s一般情況下比較小(0-0.05)，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n。，所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電機(jī)的滑差s和負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大則滑差增加，所以電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速還會(huì)隨負(fù)載的增加而略有下降。

　　變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。三相高壓電經(jīng)高壓開關(guān)柜進(jìn)入，經(jīng)輸入降壓、移相給功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元的輸出首尾相串。主控制柜中的控制單元通過光纖時(shí)對(duì)功率柜中的每一功率單元進(jìn)行整流、逆變控制與檢測(cè)，這樣根據(jù)實(shí)際需要通過操作界面進(jìn)行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進(jìn)行相應(yīng)得整流、逆變調(diào)整，輸出滿足負(fù)荷需求的電壓等級(jí)。

　　高壓變頻器*應(yīng)用領(lǐng)域

　　冶金：除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、泥漿泵、除垢泵

　　石化：注水泵、電潛泵、輸油泵、管道泵、排風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、除垢泵

　　電力：引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、吸塵風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、渣漿泵

　　水務(wù)：供水泵、取水泵

　　制藥：清洗泵、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)

　　采礦：排水泵、排風(fēng)扇、介質(zhì)泵、渣漿泵

　　環(huán)保：污水泵、凈化泵、清水泵

　　水泥：窯爐引風(fēng)機(jī)、壓力送風(fēng)機(jī)、冷卻器吸塵機(jī)、生料碾磨機(jī)、供氣風(fēng)機(jī)、冷卻器排風(fēng)機(jī)、分選器風(fēng)機(jī)、主吸塵風(fēng)機(jī)

　　造紙：打漿機(jī)

　　高壓變頻器*重要意義

　　隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電氣傳動(dòng)的技術(shù)**。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢(shì)。交流電機(jī)變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為*有發(fā)展前途的調(diào)速方式。

　　以前的高壓變頻器，由可控硅整流， 可控硅 逆變等器件構(gòu)成，缺點(diǎn)很多，諧波大，對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)都有影響。近年來，發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實(shí)現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。

　　高壓變頻器*國(guó)產(chǎn)現(xiàn)狀

　　目前，在國(guó)內(nèi)有大量的低壓變頻器廠商，其大部分為AC380V的中小功率產(chǎn)品，而在高壓大功率變頻器方面，卻為數(shù)不多。能夠研制、生產(chǎn)、并提供服務(wù)的高壓變頻器廠商，僅有少數(shù)的具備科研能力或資金實(shí)力的個(gè)別企業(yè)。

　　國(guó)內(nèi)僅有少部分的中、高壓電機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造，且普通采用V/f控制方式。高壓變頻器的品種和性能還處于發(fā)展階段，每年市場(chǎng)仍需大量進(jìn)口。這些狀況主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　?、?國(guó)外各***的產(chǎn)品正加緊占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并加快了本地化的步伐。

　?、?具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的企業(yè)少。

　　③ 國(guó)產(chǎn)高壓變頻器的功率等級(jí)較低，目前不超過3500KW。

　?、?國(guó)內(nèi)高壓變頻器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還有待規(guī)范。

　?、?與高壓變頻器相配套的產(chǎn)業(yè)很不發(fā)達(dá)。

　?、?生產(chǎn)工藝落后，勉強(qiáng)滿足變頻器產(chǎn)品的技術(shù)要求，但是價(jià)格低廉。

　?、?變頻器中使用的功率半導(dǎo)體，驅(qū)動(dòng)電路，電解電容等關(guān)鍵器件完全依賴進(jìn)口。

　　⑧ 與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距在縮小，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中。

　?、?已經(jīng)研制出具有瞬時(shí)掉電再恢復(fù)、故障再恢復(fù)等功能的變頻器。

　?、?能夠進(jìn)行四象限運(yùn)行的高壓變頻器尚在研究與開發(fā)中。

　　高壓變頻器*發(fā)展現(xiàn)狀

　　國(guó)外各***的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。幾乎所有的產(chǎn)品均具有矢量控制功能，完善的工藝水平也是國(guó)外品牌的一大特點(diǎn)。目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家，只要有電機(jī)的場(chǎng)合，就會(huì)同時(shí)有變頻器的存在。其現(xiàn)階段發(fā)展情況主要表現(xiàn)如下：

　?、?技術(shù)開發(fā)起步早，并具有相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。

　　② 能夠提供特大功率的變頻器，目前已超過10000 KW 。

　?、?變頻調(diào)速產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較完備。

　?、?與變頻器相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)初具規(guī)模。

　?、?能夠生產(chǎn)變頻器中的功率器件，如IGBT、IGCT、SGCT等。

　?、?高壓變頻器在各個(gè)行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　⑦ 產(chǎn)品國(guó)際化，當(dāng)?shù)鼗觿　?/p>

　?、?新技術(shù)，新工藝層出不窮，并被大量的、快速的應(yīng)用于產(chǎn)品中。

　?、?目前，沒有10KV產(chǎn)品。

　　高壓變頻器*未來發(fā)展態(tài)勢(shì)

　　交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱 電 混合，機(jī)電一體的綜合技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換(整流、逆變)，又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它必定會(huì)分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題，后者要解決的軟硬件控制問題。因此，未來高壓變頻調(diào)速技術(shù)也將在這兩方面得到發(fā)展，其主要表現(xiàn)為：

　?、?高壓變頻器將朝著大功率，小型化，輕型化的方向發(fā)展。

　　② 高壓變頻器將向著直接器件高壓和多重疊加(器件串聯(lián)和單元串聯(lián))兩個(gè)方向發(fā)展。

　?、?更高電壓、更大電流的新型電力半導(dǎo)體器件將應(yīng)用在高壓變頻器中。

　?、?現(xiàn)階段， IGBT 、 IGCT 、 SGCT 仍將扮演著主要的角色， SCR 、 GTO 將會(huì)退出變頻器市場(chǎng)。

　?、?無速度傳感器的矢量控制、磁通控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等技術(shù)的應(yīng)用將趨于成熟。

　?、?**實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化：參數(shù)自設(shè)定技術(shù);過程自優(yōu)化技術(shù);故障自診斷技術(shù)。

　?、?應(yīng)用32位 MCU 、 DSP 及 ASIC 等器件，實(shí)現(xiàn)變頻器的高精度，多功能。

　?、?相關(guān)配套行業(yè)正朝著專業(yè)化，規(guī)?；l(fā)展，社會(huì)分工將更加明顯。