2022年行業(yè)分析開發(fā)高壓大容量交流變頻器的可行性研究

開發(fā)高壓大容量交流變頻器的可行性研究1、前言

我國現(xiàn)有風(fēng)機、水泵4000萬余臺，用電量占總發(fā)電量的30％、55％的風(fēng)機、水泵可改為調(diào)速運行，按節(jié)電率20％計算，年節(jié)電可達(dá)200億kW.h。風(fēng)機、水泵采納溝通變頻器調(diào)速運行后，節(jié)能效果顯著。有關(guān)方面的統(tǒng)計見表1。

表1風(fēng)機、水泵設(shè)備調(diào)速節(jié)能狀況

近年來，通過國家政策的引導(dǎo)和支持，部分企業(yè)對風(fēng)機、水泵投資進(jìn)行了節(jié)能改造，取得肯定的成效，同時也使企業(yè)充分熟悉到采納溝通變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造是降低成術(shù)，提高效益的有效途徑，符合企業(yè)長遠(yuǎn)進(jìn)展的根本利益。但目前主要在低壓中小容量（380V，315kW以下）設(shè)備上應(yīng)用，而我國大容暈的風(fēng)機、水泵電壓等級為6kV或10kV。數(shù)量多，分布廣泛。如自來水行業(yè)的水泵，冶金行業(yè)的風(fēng)機、水泵，石油行業(yè)的輸油泵、注水泵，化工行業(yè)的風(fēng)機、壓縮機，電力行業(yè)的鍋爐風(fēng)機、泵，礦山的風(fēng)機等。對這些高壓大容量的風(fēng)機水泵設(shè)備進(jìn)行溝通變頻調(diào)遮技術(shù)改造，節(jié)能效益將非常顯著。同時，節(jié)電的投資成本比發(fā)電要低得多（見表2），節(jié)電投資只是發(fā)電投資的1/10～1/100。在能源曰趨緊急、提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)的今日，可見對風(fēng)機、水泵這類“耗電大戶”進(jìn)行節(jié)能改造是潛力巨大，意義重大，而且見效快，效益好。

國內(nèi)已有企業(yè)對應(yīng)用交-直-交高壓大容量變器進(jìn)行了嘗試，并取得了很好的效果，節(jié)能在50％以上。因此，開發(fā)高壓大容量溝通變頻器。是非常必要和特別緊迫的。

表2節(jié)電與發(fā)電投資成本比較

2、國外高壓大容量溝通變頻技術(shù)進(jìn)展?fàn)顩r

目前，國外能生產(chǎn)高壓大容量溝通變頻器的廠家主要有：西門子、CEGELEC、艾倫-布拉德、羅賓康、ROSSHILL等少數(shù)幾個公司，主要有以下幾種方案。

（1）高-低-高方式

這是目前應(yīng)用最多的一種方式，所謂高-低-高方式，就是在通用變頻器（低壓）輸入側(cè)前加一個降壓變壓器，在變頻器輸出側(cè)后加。個升壓變壓器而構(gòu)成高址變頻驅(qū)動系統(tǒng)，如西門子公司曾采納SCR電流型的SIMOVERTA系列溝通變頻器，現(xiàn)在又采納新一代的IGBT電壓型S1MOVERTMasterDrives系列溝通變頻器，加上降壓/升壓變壓器組成高壓溝通變頻系統(tǒng)。

此種方式的特點是：

1）易于實現(xiàn)，因變頻系統(tǒng)的主體采納現(xiàn)成的低壓通用變頻器，電壓據(jù)狀況可選380～1000VAC，通過降壓/升壓變壓器，即可用于3000～10000VAC電動機的變頻調(diào)速驅(qū)動。

2）輸入變壓器一般采納一繞組變壓器，兩個副邊繞組相差30°電角度，以實現(xiàn)12脈沖工作方式，削減主回路諧波。

3）由于變頻器輸出含有高次諧波及直流重量，輸出（升壓）變壓器須特別設(shè)計。

（2）直接高壓方式

此方式即直接對高壓電源進(jìn)行整流后逆變輸出，無需降壓/升壓變壓器。

其性能特點：

1）適用于400～1000OHP，2300～7200VAC溝通電動機，輸出頻率：2～75Hz，準(zhǔn)正弦波輸出。

2）PWM-CSI脈寬調(diào)制電流型逆變器設(shè)計，全數(shù)字矢量掌握。

3）最新的GTO逆變器技術(shù)。

4）無降壓，升壓變壓器，因而結(jié)構(gòu)緊湊，損耗也小。

5）因諧波問題，可能需裝諧波濾波器。

（3）多重化方式

此種方式是由多個低壓功率單元串聯(lián)疊加而達(dá)到高壓輸出。每個功率單元額定輸出電壓為865V，每相4個功率單元，則相電壓為3460V，所對應(yīng)的線電壓為6000V。各個功率單元由一體化的輸入隔離變壓器的副邊線圈分別供電，副邊線圈采納多種接法，相互存在一個相位差以實現(xiàn)輸入多重化，由此可消退各功率單元產(chǎn)生的諧波。另外，每個功率單元都是一個三相輸入，單相輸出的變頻器，通過采納多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，而合成近乎完善的正弦波輸出電壓。因此，ROBICON稱之為完善無諧波高壓變頻器。

這種方式的特點是：

1）對電網(wǎng)的諧波污染很小，見表3。

表3多重化變頻器與電流型變頻器諧波比較

2）效率高，由于多重化變頻器無輸出變壓器，也無需功率因數(shù)補償裝置、諧波濾波器等。同時由于諧波重量小，電源變壓器及電動機的損耗小，日而系統(tǒng)效率高，見表4。

表4多重化變頻器與CSI變頻器效率比較（％）

3）油于采納了多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，供應(yīng)正弦輸出波形，不再有因諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動及電動機發(fā)熱、噪音問題。而且無論變頻器到電動機的電纜有多長都可以愛護(hù)電動機不受共模電壓和dv/dt的損害。

4）技術(shù)較簡單，所用功率元件多。

3、國產(chǎn)化方案與途徑

依據(jù)我國工業(yè)的實際狀況，并著眼于將來，多重化高壓變頻器性能好，效率高，無諧波污染，是我們開發(fā)高壓變頻器的抱負(fù)方案。

1）多重化高壓變頻器系統(tǒng)由高壓進(jìn)線柜、輸入隔離變壓器柜、功率單元柜、輸出和掌握柜組成。目前除掌握部格外，大部分可國內(nèi)生產(chǎn)、配套，因而可顯著降低柜體的生產(chǎn)安裝成本。

2）其輸入隔離變壓器采納國產(chǎn)千式變壓器，完全可以滿意要求，且價格廉價。

3）功率元件可立足于國內(nèi)，以降低、掌握整機成本。國內(nèi)SCR、GTO生產(chǎn)技術(shù)己較為成熟，工藝穩(wěn)定，價格合理。隨著GTR、IGBT、IPM等電力電子器件的快速進(jìn)展，將為整機的開發(fā)生產(chǎn)制造更加良好的條件。

4）功率單元為抽屜式，各功