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

表1風機、水泵設備調速節(jié)能狀況

近年來，通過國家政策的引導和支持，部分企業(yè)對風機、水泵投資進行了節(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速技術進行技術改造是降低成術，提高效益的有效途徑，符合企業(yè)長遠進展的根本利益。但目前主要在低壓中小容量（380V，315kW以下）設備上應用，而我國大容暈的風機、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)的風機、水泵，石油行業(yè)的輸油泵、注水泵，化工行業(yè)的風機、壓縮機，電力行業(yè)的鍋爐風機、泵，礦山的風機等。對這些高壓大容量的風機水泵設備進行溝通變頻調遮技術改造，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)濟的今日，可見對風機、水泵這類“耗電大戶”進行節(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)對應用交-直-交高壓大容量變器進行了嘗試，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進展狀況

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）輸入側前加一個降壓變壓器，在變頻器輸出側后加。個升壓變壓器而構成高址變頻驅動系統(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電動機的變頻調速驅動。

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）變壓器須特別設計。

（2）直接高壓方式

此方式即直接對高壓電源進行整流后逆變輸出，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，準正弦波輸出。

2）PWM-CSI脈寬調制電流型逆變器設計，全數(shù)字矢量掌握。

3）最新的GTO逆變器技術。

4）無降壓，升壓變壓器，因而結構緊湊，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制技術，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制技術，供應正弦輸出波形，不再有因諧波引起的轉矩脈動及電動機發(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電動機不受共模電壓和dv/dt的損害。

4）技術較簡單，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)高壓變頻器的抱負方案。

1）多重化高壓變頻器系統(tǒng)由高壓進線柜、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