隨著電力、電子技術(shù)、計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,交流電機變頻技術(shù)得到了日益完善并迅猛的發(fā)展,中小容量的低壓變頻(690V以下)已被廣泛的應用。除節(jié)能降耗外,在機械、造紙、冶金、石化、礦山、建材、電力等領域其已成為必不可少的關(guān)鍵設備。然而,對于中大容量、高壓交流電機的變頻調(diào)速,除了價格因素之外,合理的改造方案或者設計方案,以及綜合投資和性價比,也成為了制約其被廣泛推廣應用的因素。
1、高壓電機變頻調(diào)速方案現(xiàn)狀
高壓大容量的變頻調(diào)速器是一種難度大、技術(shù)含量高的高新技術(shù),其開發(fā)與生產(chǎn)的難度有:因為高壓變頻器的供電電壓高,但是世界上電力電子元器件的耐壓水平較低;高壓大功率變頻器的技術(shù)難度大,制造技術(shù)也要求高。然而它主要被應用于風機、水泵等的節(jié)能運行,需要低投入,由節(jié)電費用來償還投資。
2、高壓變頻方案的分類及特點
2.1 高―低―高方案
此方案以通用的低壓變頻器為核心,即:在低壓變頻器的輸入側(cè)加入一臺降壓變頻器,把6KV/3KV降至低壓變頻器適配的輸入電壓;在變頻器的輸入側(cè)加入一臺升壓變壓器,從而使得輸出電壓和電動機的額定電壓相匹配。高―低―高的變頻調(diào)速方案,在國內(nèi)市場較為普遍,也是目前應用最多的一種,在市場上主要是以西門子產(chǎn)品為主。在此方案中,按照直流供電整流單元的形式可分為6脈動整流單元與12脈動整流單元。6脈動整流單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,硬件構(gòu)成的用費較低;12脈動整流單元卻是由一臺次邊相差30度的三繞組變壓器與兩臺完全相同的整流單元所構(gòu)成的,且在變壓器的二次側(cè)必須接入進線電抗器,因此其相對成本較高,但是,從諧波分量上看,12脈動整流的效果要比6脈動好,6脈動的諧波分量為5、7、11、13、17、19、23、25次,12脈動的諧波分量為11、13、23、25次。
此方案最適宜用于改造項目,優(yōu)點:(1)方案成熟。僅以西門子的產(chǎn)品為例,目前已在國內(nèi)應用的套數(shù)已出具規(guī)模。(2)原有的電機電纜無須進行改動。(3)便于實現(xiàn)切換的功能。(4)相比于高―高方案的投資較低。其缺點:系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)節(jié)相對高―低或者高―高方案較多,因為濾波器以及升壓、降壓變壓器的損耗,長期的運行費用也就相對較高。
2.2 高―低―低方案
高―低―低方案的核心仍然是以低壓變頻器為主,在變頻器的輸入側(cè)加裝一臺雙繞組的降壓變壓器,把高壓電機變成可用的低壓變頻驅(qū)動的電壓等級。此方案目前在國內(nèi)的用戶較多。西門子產(chǎn)品的應用較多,系統(tǒng)主要由雙繞組降壓變頻器、變壓器組成,此系統(tǒng)方案構(gòu)成較簡單,特別適用于新建項目,對于改造的項目,更換電機就會增加項目的開支。其諧波分量主要為5、7、11、13、17、19、19、23、25次。
此方案的優(yōu)點在于:(1)方案成熟。低壓IGBT或者IGCT功率器件已經(jīng)很成熟,應用范圍也很廣。(2)構(gòu)成簡單,維護的環(huán)節(jié)少。(3)投資少,見效快。低壓變頻器的價格低廉,市場價格相當透明。(4)升壓變壓器的損耗、長期運行的費用低。此方案的缺點:當用于改造項目時,需要更換電機,增加改造的工作量,從而也使得項目投資增加,延長施工周期。
2.3 高―高方案
高―高變頻器是高壓電源經(jīng)過高壓開關(guān)柜后,直接送至高壓變頻器,經(jīng)高壓變頻后,直接將電壓供給給高壓電動機的定子。
此中高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要有4種形式:(1)功率元件(GTO、SCR、SGCT)串聯(lián)式;(2)中點箝為位式,也就是三點平式(GTO、IGBT);(3)多電平式,其中常用的有四電平、五電平等(IGBT);(4)單相逆變器串聯(lián)式。這些高壓變頻器都是近年推出的,并且技術(shù)先進,效率高,占地面積也小,為高壓變頻器的主要發(fā)展方向。
高―高方案采用單元串聯(lián)的方式(IGBT),利用移相疊加的原理（移相變壓器）,有效的抑制諧波干擾,使得輸出的波形近乎成正弦波形。其具備以下優(yōu)點:無需增加任何的輸出濾波或者功率補償裝置;使用效率可高達97％,功率因數(shù)較高,在無需任何補償裝置的情況下,當負載>20％時,功率因數(shù)大于95％負載>20％;無諧波所引起的脈動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生,可以避免負載共振,延長電機與機械設備的使用壽命;可以使主電機、電纜絕緣避免受到dv/dt應力的損傷;電機不受共模電壓的影響;在壓降允許范圍內(nèi)電機電纜無任何長度的限制;對電網(wǎng)不產(chǎn)生污染;主器件由于采用冗余設計可靠性高,可適應極端的工況;功率單元具有自動旁路功能,能夠提升供電的可靠性;具有瞬時停電不停機的功能,當電源電壓發(fā)生瞬時降壓或者停電(5s以內(nèi)),變頻器不會停機。在電源電壓恢復后,就會立即重新加速,并恢復到原狀。當電源瞬停時,在300ms以內(nèi),變頻器不會停止運轉(zhuǎn)。
3、高壓變頻器的選擇原則
在選擇高壓變頻器時,應將各廠家的高壓變頻器進行綜合的比較,不要被某些宣傳廣告與不實事求是的文章所誤導,更不能夠受習慣因素的影響。在選擇高壓大容量變頻器時,應當注意一下原則:首先,可靠性及售后服務;其次,價格;再次,主要的技術(shù)指標;最后,供貨期及廠家的信譽。
4、結(jié)語
變頻調(diào)速裝置是機電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品,從變頻器裝置的發(fā)展過程與發(fā)展趨勢來看,仍是以功率器件為主要代表。變頻調(diào)速具有較高的效率、較寬范圍與較高的精度,且規(guī)格齊全,能滿足各種不同的需求,適用范圍較廣,是最具發(fā)展前途的理想的調(diào)速方法。
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