隨著電力、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,交流電機(jī)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(yīng)用。除節(jié)能降耗外,在機(jī)械、造紙、冶金、石化、礦山、建材、電力等領(lǐng)域其已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。然而,對(duì)于中大容量、高壓交流電機(jī)的變頻調(diào)速,除了價(jià)格因素之外,合理的改造方案或者設(shè)計(jì)方案,以及綜合投資和性?xún)r(jià)比,也成為了制約其被廣泛推廣應(yīng)用的因素。
1、高壓電機(jī)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(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的難度有:因?yàn)楦邏鹤冾l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(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等的節(jié)能運(yùn)行,需要低投入,由節(jié)電費(fèi)用來(lái)償還投資。
2、高壓電機(jī)變頻方案的分類(lèi)及特點(diǎn)
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(tái)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(tái)升壓變壓器,從而使得輸出電壓和電動(dòng)機(jī)的額定電壓相匹配。高―低―高的變頻調(diào)速方案,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)較為普遍,也是目前應(yīng)用最多的一種,在市場(chǎng)上主要是以西門(mén)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(dòng)整流單元與12脈動(dòng)整流單元。6脈動(dòng)整流單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,硬件構(gòu)成的用費(fèi)較低;12脈動(dòng)整流單元卻是由一臺(tái)次邊相差30度的三繞組變壓器與兩臺(tái)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(jìn)線電抗器,因此其相對(duì)成本較高,但是,從諧波分量上看,12脈動(dòng)整流的效果要比6脈動(dòng)好,6脈動(dòng)的諧波分量為5、7、11、13、17、19、23、25次,12脈動(dòng)的諧波分量為11、13、23、25次。
此方案最適宜用于改造項(xiàng)目,優(yōu)點(diǎn):(1)方案成熟。僅以西門(mén)子的產(chǎn)品為例,目前已在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的套數(shù)已出具規(guī)模。(2)原有的電機(jī)電纜無(wú)須進(jìn)行改動(dòng)。(3)便于實(shí)現(xiàn)切換的功能。(4)相比于高―高方案的投資較低。其缺點(diǎn):系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)節(jié)相對(duì)高―低或者高―高方案較多,因?yàn)闉V波器以及升壓、降壓變壓器的損耗,長(zhǎng)期的運(yùn)行費(fèi)用也就相對(duì)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(tái)雙繞組的降壓變壓器,把高壓電機(jī)變成可用的低壓變頻驅(qū)動(dòng)的電壓等級(jí)。此方案目前在國(guó)內(nèi)的用戶(hù)較多。西門(mén)子產(chǎn)品的應(yīng)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(jiǎn)單,特別適用于新建項(xiàng)目,對(duì)于改造的項(xiàng)目,更換電機(jī)就會(huì)增加項(xiàng)目的開(kāi)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(diǎn)在于:(1)方案成熟。低壓IGBT或者IGCT功率器件已經(jīng)很成熟,應(yīng)用范圍也很廣。(2)構(gòu)成簡(jiǎn)單,維護(hù)的環(huán)節(jié)少。(3)投資少,見(jiàn)效快。低壓變頻器的價(jià)格低廉,市場(chǎng)價(jià)格相當(dāng)透明。(4)升壓變壓器的損耗、長(zhǎng)期運(yùn)行的費(fèi)用低。此方案的缺點(diǎn):當(dāng)用于改造項(xiàng)目時(shí),需要更換電機(jī),增加改造的工作量,從而也使得項(xiàng)目投資增加,延長(zhǎng)施工周期。
2.3 高―高方案
高―高變頻器是高壓電機(jī)電源經(jīng)過(guò)高壓開(kāi)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(dòng)機(jī)的定子。
此中高壓電機(jī)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(diǎn)箝為位式,也就是三點(diǎn)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(jìn),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(diǎn):無(wú)需增加任何的輸出濾波或者功率補(bǔ)償裝置;使用效率可高達(dá)97％,功率因數(shù)較高,在無(wú)需任何補(bǔ)償裝置的情況下,當(dāng)負(fù)載>20％時(shí),功率因數(shù)大于95％負(fù)載>20％;無(wú)諧波所引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生,可以避免負(fù)載共振,延長(zhǎng)電機(jī)與機(jī)械設(shè)備的使用壽命;可以使主電機(jī)、電纜絕緣避免受到dv/dt應(yīng)力的損傷;電機(jī)不受共模電壓的影響;在壓降允許范圍內(nèi)電機(jī)電纜無(wú)任何長(zhǎng)度的限制;對(duì)電網(wǎng)不產(chǎn)生污染;主器件由于采用冗余設(shè)計(jì)可靠性高,可適應(yīng)極端的工況;功率單元具有自動(dòng)旁路功能,能夠提升供電的可靠性;具有瞬時(shí)停電不停機(jī)的功能,當(dāng)電源電壓發(fā)生瞬時(shí)降壓或者停電(5s以?xún)?nèi)),變頻器不會(huì)停機(jī)。在電源電壓恢復(fù)后,就會(huì)立即重新加速,并恢復(fù)到原狀。當(dāng)電源瞬停時(shí),在300ms以?xún)?nèi),變頻器不會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
3、高壓變頻器的選擇原則
在選擇高壓電機(jī)變頻器時(shí),應(yīng)將各廠家的高壓變頻器進(jìn)行綜合的比較,不要被某些宣傳廣告與不實(shí)事求是的文章所誤導(dǎo),更不能夠受習(xí)慣因素的影響。在選擇高壓大容量變頻器時(shí),應(yīng)當(dāng)注意一下原則:首先,可靠性及售后服務(wù);其次,價(jià)格;再次,主要的技術(shù)指標(biāo);最后,供貨期及廠家的信譽(yù)。
4、結(jié)語(yǔ)
高壓電機(jī)變頻調(diào)速裝置是機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品,從變頻器裝置的發(fā)展過(guò)程與發(fā)展趨勢(shì)來(lái)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(mǎn)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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