電源第4講變頻器市場(chǎng)

71 國(guó)內(nèi)外高壓變頻企業(yè)在技術(shù)上分幾類(lèi)，分別有什么特點(diǎn)?

答：1)電流源型，如圖20 所示。電流源型逆變部分采用SGCT直接串聯(lián)解決耐壓?jiǎn)栴}，直流部分用電抗器儲(chǔ)存能量，目前的技術(shù)水平可以做到輸出電壓為7.2 kV，可以適應(yīng)國(guó)內(nèi)大部分電壓為6 kV 這一現(xiàn)狀，但無(wú)法用在10 kV 電壓。電流源型變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)比較低，電抗器的發(fā)熱量較大，效率比電壓源型變頻器低，由于采用電流控制，輸出濾波器的設(shè)計(jì)比較麻煩，而兩電平變頻 器的共模電壓和諧波、dv/dt 問(wèn)題較突出，所以對(duì)電機(jī)的要求較高。雖然電流源型變頻器有可回饋能量的優(yōu)點(diǎn)，但是需要回饋能量的負(fù)載畢竟不是很多，尤其是通用型變頻器。所以電流源型變頻 器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力已經(jīng)逐漸變?nèi)酢?/p>

2)功率單元串聯(lián)多電平型，如圖21 所示。此變頻器采用多個(gè)低壓的功率單元串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，輸入側(cè)的降壓變壓器采用移相方式，可有效消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，輸出側(cè)采用多電平正弦波PWM 技術(shù)，可適用于任何電壓的普通電機(jī)，另外，在某個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)退出系統(tǒng)，而其余的功率單元可繼續(xù)保持電機(jī)的運(yùn)行，減少停機(jī)所造成的損失。系 統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可迅速替換故障模塊。由此可見(jiàn)，單元串聯(lián)多電平型變頻器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是很明顯的。

3)三電平型，如圖22 所示。三電平型變頻器采用二極管鉗位和電容飛渡分壓電路，解決了兩只功率器件的串聯(lián)的問(wèn)題，并使相電壓輸出具有三個(gè)電平。三電平逆變器的主回路結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié) 少，雖然為電壓源型結(jié)構(gòu)，但易于實(shí)現(xiàn)能量回饋。三電平變頻器在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)遇到的最大難題是電壓?jiǎn)栴}，其最大輸出電壓達(dá)不到6 kV，所以往往需要用變通的方法，要么改變電動(dòng)機(jī)的繞組接法(星/三角改接)，要么在輸出側(cè)加升壓變壓器。這一弱點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。

目前，雖然有人提出了其他不同的高壓變頻器解決方案，但大部分不具有明顯的可行性，或者說(shuō)不具有將上述三種主流變頻器結(jié)構(gòu)取而代之的潛力。隨著高壓 變頻器成本的進(jìn)一步降低，在中等功率市場(chǎng)，高低型變頻器將會(huì)退出競(jìng)爭(zhēng)，而只關(guān)注于較小功率的場(chǎng)合。對(duì)于單元串聯(lián)多電平型變頻器，主要缺點(diǎn)是變流環(huán)節(jié)復(fù)雜， 功率元器件數(shù)目多，體積略大一些，但是，在其他的方式不能解決國(guó)內(nèi)應(yīng)用的需要，高壓器件應(yīng)用的可靠性還不是太高的情況下，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在最近的一段時(shí)期內(nèi)， 可能還是無(wú)法代替的。三電平型變頻器由于輸出電壓不高的問(wèn)題，主要的應(yīng)用范圍應(yīng)該是在一些特種領(lǐng)域，如軋鋼機(jī)、輪船驅(qū)動(dòng)、機(jī)車(chē)牽引、提升機(jī)等，這些領(lǐng)域的 電機(jī)都是特殊制定的，電壓可以不是標(biāo)準(zhǔn)電壓。在一定的功率水平下，三電平型變頻器取代傳統(tǒng)的交交變頻器是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。三電平變頻器的更大發(fā)展有待于更 高耐壓的功率器件的出現(xiàn)和現(xiàn)有產(chǎn)品可靠性的進(jìn)一步提高。在超大功率場(chǎng)合，即大約8 000 kW 以上的功率，用晶閘管構(gòu)成的LCI(負(fù)載換流變流器)電流源型變頻器仍舊是主角。由于以上所述的技術(shù)特征，通用型高壓變頻器目前是單元串聯(lián)多電平型變頻器 占多數(shù)，約占七成以上，目前國(guó)內(nèi)基本上都采用這種電路結(jié)構(gòu)。

72 國(guó)內(nèi)與國(guó)外企業(yè)生產(chǎn)的變頻器在技術(shù)上有什么差異?

答：國(guó)內(nèi)變頻技術(shù)的理論不比國(guó)外差多少，但在變頻器的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)上，由于中國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)較薄弱，制造技術(shù)不及發(fā)達(dá)國(guó)家，功率開(kāi)關(guān)器件的質(zhì)量難以與發(fā)達(dá)國(guó)家抗衡，目前完全國(guó)產(chǎn)化的變頻器還沒(méi)有。在變頻器領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)還很年輕，要走的路還很長(zhǎng)。

1) 與國(guó)外大公司相比，國(guó)產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入電氣傳動(dòng)領(lǐng)域時(shí)間太短，無(wú)拳頭產(chǎn)品，無(wú)成套電氣設(shè)備。像ABB 的ACS-600/1000 系列，采用DTC 技術(shù)，獨(dú)樹(shù)一幟;法國(guó)Schneider 的TE 系列是世界領(lǐng)先的電氣產(chǎn)品，用戶在享受高質(zhì)量TE 系列產(chǎn)品的同時(shí)，很可能會(huì)順便接受Schneider變頻器;Siemens更是歐洲老牌勁旅，涉足廣泛，在電力、電氣傳動(dòng)、金融設(shè)備、家電行業(yè)都是名 牌。這三個(gè)公司都基本能提供工廠的全套電氣設(shè)備。國(guó)外現(xiàn)階段發(fā)展情況主要表現(xiàn)如下：

(1)技術(shù)開(kāi)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(guò)10 000 kW。

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

(4)與變頻器配套的產(chǎn)業(yè)及行業(yè)初具規(guī)模。

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

(6)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>

(8)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。

(9)目前，沒(méi)有10 kV產(chǎn)品。

2)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，且普遍采用V/f 控制方式。所以，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。國(guó)內(nèi)這些狀況主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)國(guó)外各大品牌的產(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。

(2)具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化的國(guó)內(nèi)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(guò)3 500 kW。

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

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

(6)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。

(7)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)鍵元器件完全依賴進(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。

(9)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。

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

73 國(guó)內(nèi)高壓變頻企業(yè)在技術(shù)上應(yīng)走什么道路來(lái)加強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力?