高-低- 高 變頻器的應(yīng)用及趨勢(shì)

1高壓變頻器的分類

高壓變頻器主要有兩種類型：即直接高壓變頻器和高低高變頻器。

直接高壓變頻器(中壓變頻器制造業(yè))是一種不需要變壓器，直接輸入，輸出高電壓的變頻器。目前主要有以下3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)型式：一是采用功率元件串聯(lián)構(gòu)成橋臂的直接高壓變頻器;二是采用單相逆變器串聯(lián)的完美無諧波高壓變頻器;三是三電平高壓變頻器。

高低高式高壓變頻調(diào)速器，又稱間接高壓變頻器，這是一種完全不同結(jié)構(gòu)的變頻器，該變頻器由降壓變壓器，變頻器，升壓變壓器構(gòu)成。

降壓變壓器原邊接受電網(wǎng)饋電，其電壓可以為3kV，6kV或10kV;副邊將電壓變至與變頻器相匹配的電壓等級(jí)。降壓變壓器可選擇雙繞組或三繞組，三繞組的變壓器更有利于消除變頻系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾及提高功率因數(shù)。過去多選用交直交電流型變頻器，但現(xiàn)在多選擇通用型的電壓型變頻器，因?yàn)楹笳叩男阅芨?，價(jià)格更便宜。

2高低高變頻器與高壓變頻器的比較

以上列舉的三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直接高壓變頻器出于消減變頻系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)諧波干擾和電機(jī)共模電壓等的考慮，無一例外仍采用了輸入變壓器。這樣相對(duì)高低高變頻器而言，它省去了一臺(tái)升壓變壓器，并因而減小了占地面積，提高了效率。當(dāng)然，某些直接高壓變頻器性能會(huì)優(yōu)于高低高變頻器，但是對(duì)于風(fēng)機(jī)，水泵調(diào)速來說，這是意義不大的。

因此，高低高變頻器對(duì)高電壓(6~10kV)，中小容量(300~1000kW)的風(fēng)機(jī)，水泵調(diào)速節(jié)能運(yùn)行而言，從性能/價(jià)格比等方面綜合考慮，仍然是十分合適的。高低高變頻器與其它類型高壓變頻器的性能比較

3高低高變頻器的應(yīng)用

某冶煉廠煙化爐風(fēng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)為JK2500-2型交流鼠籠式異步電機(jī)，定子電壓為6kV，額定功率為500kW，絕緣等級(jí)B.

煙化爐作業(yè)期間停機(jī)待料的時(shí)間較長(zhǎng)，且吹煉的各個(gè)階段所需要的風(fēng)量也不一樣，因此需要對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。按照過去的辦法是將多余的風(fēng)量進(jìn)行放空，這樣，不僅浪費(fèi)了大量的能源，而且還造成了噪聲污染。經(jīng)過對(duì)各種調(diào)節(jié)手段進(jìn)行綜合比較，最終決定采用高低高變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

(1)高壓開關(guān)柜。高壓變頻器通過進(jìn)線柜與電網(wǎng)聯(lián)接，通過切換柜與原系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連鎖，避免誤操作。同時(shí)進(jìn)線柜還完成對(duì)電網(wǎng)電壓，電流，用電量的監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)過流，過壓，欠壓，缺相，變壓器故障等繼電保護(hù)。

(2)降壓變壓器。降壓變壓器是一個(gè)三繞組整流變壓器，其二次側(cè)有兩套三相繞相，分別接成形和Y形，基波電流相位相差30電角度。

(3)低壓變頻器及濾波器。低壓變頻器將降壓后的電源進(jìn)行變頻變壓和PWM調(diào)制。本系統(tǒng)采用交直交電壓型變頻器，其整流部分由2路二極管整流橋并聯(lián)而成，主接觸器設(shè)在中間直流回路。

逆變部分是由IGBT構(gòu)成的三相橋式逆變器，輸出端還接有一個(gè)LC濾波回路。

(4)升壓變壓器。升壓變壓器將變頻變壓后的低壓電源升到與電機(jī)機(jī)相匹配的電壓等級(jí)。升壓變壓器是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)，制造過程中應(yīng)充分考慮到高頻調(diào)制波形帶來的磁飽和，發(fā)熱，絕緣等一系列問題。

3.2應(yīng)用情況

該高低高變頻器自1999年9月投入使用以來，一直運(yùn)行穩(wěn)定。根據(jù)其在現(xiàn)場(chǎng)的使用情況來看，主要有以下特點(diǎn)：

(1)適應(yīng)惡劣環(huán)境，可靠性高。冶煉廠空氣中金屬粉塵含量高，夏秋季氣溫高，春冬季多雨多雷，這種環(huán)境對(duì)電子裝置無疑將產(chǎn)生影響。但是經(jīng)過近一年的運(yùn)行，變頻器未發(fā)生過大的故障。

(2)操作簡(jiǎn)單。以前主要靠調(diào)節(jié)放空閥的開閉來調(diào)節(jié)風(fēng)量，很難實(shí)現(xiàn)精確的風(fēng)量控制。使用變頻器以后，通過調(diào)節(jié)給定電位器便可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，既減輕了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免誤操作，又消除了噪聲污染，還節(jié)約了能源。

(3)節(jié)能顯著，投資回收期短。離心式風(fēng)機(jī)其軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，因此利用變頻器降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以大幅度節(jié)省電能。根據(jù)對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)組使用該變頻器前后的能量平衡實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，未使用變頻調(diào)速器以前每天吹煉8爐共耗電9944.9kWh，使用變頻器后每天吹煉8爐共耗電5071.56kWh，節(jié)電率達(dá)49%，根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行電價(jià)折算，可在2年內(nèi)收回設(shè)備投資。

(4)諧波含量小。變流裝置的使用將會(huì)對(duì)電網(wǎng)電源帶來污染，影響到別的電子裝置的正常工作。尤其是當(dāng)變流裝置容量很大時(shí)，這種污染更不容忽視。于是，變流裝置的諧波含量也就成為衡量其性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

3結(jié)語

綜上所述，與傳統(tǒng)的高低高電流型變頻器相比，高低高電壓型變頻器在輸入，輸出波形和控制性能等方面已有很大的改善，完全能夠滿足對(duì)諧波，效率，力矩，調(diào)速范圍的要求。因此，高低高電壓型變頻器對(duì)于高電壓，中小容量電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)，水泵是非常適用的。

我國(guó)工業(yè)用風(fēng)機(jī)，水泵大多用高壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，是用電大戶，但同時(shí)也蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。高壓變頻器的發(fā)展完善，為節(jié)約能源提供了新途徑。對(duì)于大容量，動(dòng)態(tài)性能要求高的場(chǎng)合，可以使用直接高壓變頻器：對(duì)于中，小容量，動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合，可以使用高低高式變頻器。

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