高壓變頻器單元串聯(lián)及選型標(biāo)準(zhǔn)

高壓變頻器單元串聯(lián)及選型標(biāo)準(zhǔn)

單元串聯(lián)

   基本信息

   這是近幾年才發(fā)展起來的一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設(shè)計(jì)，由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接驅(qū)動交流電動機(jī)，無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。

6KV變頻器，可以有15個或者18個功率單元組成，每相由5或者6臺功率單元相串聯(lián)，并組成Y形連接，直接驅(qū)動電機(jī)。每臺功率單元電路、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用。

   變頻器的輸入部分是一臺移相變壓器，原邊Y形連接，副邊采用延邊三角形連接，共15到18副三相繞組，分別為每臺功率單元供電。它們被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有5到6副三相小繞組，之間均勻相位偏移8.5或者10度。

特點(diǎn)

該變頻器的特點(diǎn)如下：

① 采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。

② 整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達(dá)30或36，功率因數(shù)高，輸入諧波小。

③ 模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性。

④ 直接高壓輸出，無需輸出變壓器。

⑤ 極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器。

⑥ 采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。

⑦ 功率單元自動旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機(jī)功能。

缺點(diǎn)

1、由于變壓器采用延邊三角形接法，實(shí)現(xiàn)8.5度或者10度的移相，由于工藝原因造成相應(yīng)的誤差，使得變壓器內(nèi)部環(huán)流大，發(fā)熱量高，變壓器效率低，從而整個系統(tǒng)效率下降。

2、由于隨著負(fù)載率的不同，不是所有的功率單元都輸出功率，導(dǎo)致諧波不能互相抵消。因此在低于額定負(fù)載時，諧波增加很快。由于同樣原因，使得啟動轉(zhuǎn)矩較小，電機(jī)抖動及發(fā)熱較大，噪聲也較高。

3、由于需要保護(hù)電機(jī)不受共模電壓的影響需要將電機(jī)接地，因此將共模電壓引到了變壓器上，使得變壓器承受了更大的電應(yīng)力，使得變壓器可靠性降低，壽命降低。

4、由于引入了復(fù)雜的移相隔離變壓器，使得成本增加。

生產(chǎn)現(xiàn)狀

發(fā)展背景

    隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電氣傳動的技術(shù)革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢。交流電機(jī)變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。

    以前的高壓變頻器，由可控硅整流，可控硅逆變等器件構(gòu)成，缺點(diǎn)很多，諧波大，對電網(wǎng)和電機(jī)都有影響。發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實(shí)現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。

行業(yè)特點(diǎn)

    變頻器是一種使電動機(jī)變速運(yùn)行進(jìn)而達(dá)到節(jié)能效果的設(shè)備，習(xí)慣上把額定電壓在3kV到10kV之間的電動機(jī)稱為高壓電機(jī)，因此一般把針對3kV至10kV高電壓環(huán)境下運(yùn)行的電動機(jī)而開發(fā)的變頻器稱為高壓變頻器。與低壓變頻器相比，高壓變頻器適用于大功率風(fēng)電、水泵的變頻調(diào)速，可以收到顯著的節(jié)能效果。

    隨著節(jié)能環(huán)保需求的增加以及裝備升級改造步伐的加快，中國高壓變頻器行業(yè)呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢，市場規(guī)模從2005年的11億元增至2011年的63億元，年復(fù)合增長率達(dá)到35.4%；在變頻器中的比重也從2006年的12.9%增至2011年的22.8%。2012年隨著下游行業(yè)變頻化率的提升，高壓變頻器市場增長速度有望達(dá)到34.92%。中國高壓變頻器行業(yè)主要有以下幾個運(yùn)行特點(diǎn)

國產(chǎn)現(xiàn)狀

    隨著技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，在理論上和功能上國產(chǎn)高壓變頻器已經(jīng)可以與進(jìn)口變頻器相比肩，但是受工藝技術(shù)的限制，與進(jìn)口產(chǎn)品的差距還是比較明顯。這些狀況主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

① 國外各大品牌的產(chǎn)品正加緊占領(lǐng)國內(nèi)市場，并加快了本地化的步伐。

② 具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的逐年增加。

③ 國產(chǎn)高壓變頻器的功率也越做越大，目前國內(nèi)最大的應(yīng)用做到了20000KW。

④ 國內(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)工藝一般，可以滿足變頻器產(chǎn)品的技術(shù)要求，價格相對低廉。

⑦ 變頻器中使用的功率半導(dǎo)體關(guān)鍵器件完全依賴進(jìn)口，而且相當(dāng)長時間內(nèi)還會依賴進(jìn)口。

⑧ 與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距在縮小，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)中。

⑨ 已經(jīng)研制出具有瞬時掉電再恢復(fù)、故障再恢復(fù)等功能的變頻器。

⑩ 部分廠家已經(jīng)開發(fā)出四象限運(yùn)行的高壓變頻器。

11矢量控制的高壓變頻器也已經(jīng)在應(yīng)用。

國外現(xiàn)狀

    國外各大品牌的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。幾乎所有的產(chǎn)品均具有矢量控制功能，完善的工藝水平也是國外品牌的一大特點(diǎn)。在發(fā)達(dá)國家，只要有電機(jī)的場合，就會同時有變頻器的存在。其現(xiàn)階段發(fā)展情況主要表現(xiàn)如下：

① 技術(shù)開發(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，已超過10000KW。

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

④ 與變頻器相關(guān)的配套產(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)品國際化，當(dāng)?shù)鼗觿　?/span>

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。

未來態(tài)勢

    交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合，機(jī)電一體的綜合技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它必定會分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題，后者要解決的軟硬件控制問題。因此，未來高壓變頻調(diào)速技術(shù)也將在這兩方面得到發(fā)展，其主要表現(xiàn)為：

① 高壓變頻器將朝著大功率，小型化，輕型化的方向發(fā)展。

② 高壓變頻器將向著直接器件高壓和多重疊加（器件串聯(lián)和單元串聯(lián)）兩個方向發(fā)展。

③ 更高電壓、更大電流的新型電力半導(dǎo)體器件將應(yīng)用在高壓變頻器中。

④ 現(xiàn)階段，IGBT、IGCT、SGCT仍將扮演著主要的角色，SCR、GTO將會退出變頻器市場。

⑤無速度傳感器的矢量控制、磁通控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等技術(shù)的應(yīng)用將趨于成熟。

⑥ 全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動化：參數(shù)自設(shè)定技術(shù)；過程自優(yōu)化技術(shù)；故障自診斷技術(shù)。

⑦ 應(yīng)用32位MCU、DSP及ASIC等器件，實(shí)現(xiàn)變頻器的高精度，多功能。

⑧ 相關(guān)配套行業(yè)正朝著專業(yè)化，規(guī)模化發(fā)展，社會分工將更加明顯。 [1] 

發(fā)展趨勢

    隨著本土高壓變頻器得到更多的用戶的認(rèn)可，本土品牌憑借良好的性價比優(yōu)勢正在逐步擴(kuò)大在國內(nèi)的市場份額。

品牌：國外品牌多為綜合自動化供應(yīng)商，擁有多種自動化產(chǎn)品的品牌關(guān)聯(lián)效應(yīng)。這種關(guān)聯(lián)效應(yīng)還體現(xiàn)在譬如渠道等其他資源的共享上。因此這種“品牌推廣”對于該品牌的產(chǎn)品銷售有很好的推動作用。而本土品牌在自動化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上相對比較單一，更多的是“產(chǎn)品推廣”的營銷策略，因此有一定劣勢。但是隨著本土品牌在市場的逐漸歷練成熟，“產(chǎn)品推廣”的營銷策略也正在向“品牌推廣”轉(zhuǎn)變。

    另外，國外品牌也實(shí)施積極的市場策略，ABB的ACS2000系列可能就是應(yīng)對國內(nèi)企業(yè)風(fēng)機(jī) 泵 壓縮機(jī)等市場的。對于本土品牌，在電氣傳動領(lǐng)域，平方轉(zhuǎn)矩或曰恒功率負(fù)載一直是其進(jìn)入市場的切入點(diǎn)，也是傳動領(lǐng)域的低端市場

    技術(shù)：技術(shù)已經(jīng)不成為進(jìn)入這一行業(yè)的壁壘，而穩(wěn)定性及產(chǎn)品性能則逐漸成為各個廠商面臨的主要技術(shù)問題。國外品牌由于產(chǎn)品技術(shù)相對成熟，行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也相對豐富，因此在故障率，元器件質(zhì)量、以及超大功率產(chǎn)品上用戶相對比較滿意。但是隨著本土品牌的不斷發(fā)展，這一差距也在逐步縮小。

    價格：毋庸置疑，價格優(yōu)勢是本土品牌的巨大優(yōu)勢。這種優(yōu)勢是短期內(nèi)不會改變的。而這一特點(diǎn)也迎合了金融危機(jī)后，用戶要求性價比，注重減少項(xiàng)目成本的需求。

    資金：由于高壓變頻器的單價較高，收款周期都較長，資金的充裕性成為關(guān)鍵的競爭力之一，在這一點(diǎn)上，國外品牌壓力較小。通過發(fā)展，本土品牌也已積累了一定的資金實(shí)力，部分國內(nèi)廠商已經(jīng)擁有較充足的資金應(yīng)對資金流問題以及進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)與升級。另外，廣州智光、哈爾濱九洲、合康億盛等本土品牌陸續(xù)上市，也表明這一行業(yè)如低壓變頻一樣會出現(xiàn)更多資本運(yùn)作。國內(nèi)廠商逐步度過發(fā)展期，開始尋求資本運(yùn)作，以期提升企業(yè)規(guī)模效應(yīng)。

    縱觀國內(nèi)外品牌，技術(shù)競爭，營銷競爭已經(jīng)進(jìn)入白熱化，但是隨著各品牌針對的目標(biāo)市場逐漸細(xì)化，市場競爭不止表現(xiàn)為價格，也是品牌競爭，脫離制造環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)向前端的品牌及研發(fā)設(shè)計(jì)，后端的渠道及服務(wù)，也是這一領(lǐng)域可行的商業(yè)模式。

同時，如何提高管理水平，嚴(yán)格成本控制，優(yōu)化資金流，人才引進(jìn)等逐漸成為各品牌之間競爭的核心內(nèi)容。這種“軟實(shí)力”的競爭將在未來更加激烈。

未來我國高壓變頻器行業(yè)發(fā)展可能還將遵循以下四點(diǎn)發(fā)展策略:

    一是加強(qiáng)中國變頻器行業(yè)協(xié)會作用。通過組織和舉辦行業(yè)發(fā)展研討會等方式，統(tǒng)一行業(yè)企業(yè)認(rèn)識，避免行業(yè)出現(xiàn)惡性價格競爭情況;出面協(xié)調(diào)行業(yè)企業(yè)與政府、社會、上下游客戶的相互關(guān)系，積極協(xié)助政府落實(shí)有關(guān)節(jié)能降耗政策。

    二是以人為本。隨著新產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用拓寬進(jìn)程的加速，人才的培養(yǎng)和補(bǔ)充成為未來行業(yè)能否維持高速成長的關(guān)鍵。變頻器企業(yè)在培養(yǎng)和尊重人才的同時，在使用及留住人才方面，應(yīng)避免無序競爭控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，樹立行業(yè)全局意識。

    三是企業(yè)要大力發(fā)展推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，依靠科技進(jìn)步，努力轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式。健全和完善銷售服務(wù)體系，提高企業(yè)整體服務(wù)水平。構(gòu)建細(xì)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)盟，鼓勵產(chǎn)業(yè)集中向優(yōu)勢企業(yè)轉(zhuǎn)移。

    四是大力加強(qiáng)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展。據(jù)了解，現(xiàn)有涉及變頻調(diào)速設(shè)備的3個標(biāo)準(zhǔn)都是以大的傳動設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)，變頻調(diào)速設(shè)備只是作為一個部件。因此，變頻調(diào)速設(shè)備還沒有獨(dú)立可執(zhí)行的生產(chǎn)、檢測、驗(yàn)收等方面的標(biāo)準(zhǔn)。對此，成立全國變頻調(diào)速設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會相關(guān)材料已上報(bào)國標(biāo)委，行業(yè)協(xié)會今后將逐步啟動變頻調(diào)速設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，逐步實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)、各行業(yè)特性標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)相配套的體系。

市場發(fā)展

   高壓變頻器行業(yè)下游可謂是冰火兩重天。從下游高壓變頻器市場規(guī)模增速看，好的行業(yè)是水化工增幅達(dá)到10%，化工行業(yè)增幅達(dá)到7%，石化行業(yè)增幅達(dá)到6%、石油行業(yè)增幅達(dá)到6%，增速不好的的行業(yè)有冶金、建材、礦山、電力，分別萎縮7%、8%、9%、12%。

    盡管，整個高壓變頻器市場沒有出現(xiàn)持續(xù)的爆發(fā)式的增長，但我國變頻器品牌已經(jīng)涵蓋了幾乎所有領(lǐng)域，而且相對國際品牌有信價比優(yōu)勢。內(nèi)資高壓變頻器的市場占比已經(jīng)超過55%.從企業(yè)排名看，合康變頻增長13.2%，市場占比13%，已經(jīng)躋身行業(yè)首位的位置;利德華福市場占比12%、西門子占比11%、ABB占比9%、東方日立占比5%.國電四維發(fā)展速度較快，2012年增長44%，行業(yè)占比接近5%.

   縱觀近些年整個高壓變頻器市場，其價格的底線到了。內(nèi)資企業(yè)價格戰(zhàn)幾乎不可能，外企還有很大利潤空間。外資品牌至少還具有10%的空間，西門子、abb、東芝三菱，可能有特價，但不會全面降價。他們都通過代工或是其他品牌做，但是仍然價格高。

常用措施

高壓變頻器抗干擾的常用措施：

（1）高壓變頻器的E端要與控制柜及電機(jī)的外殼相連，要接保安地，接地電阻應(yīng)小于100Ω，可吸收突波干擾。

（2）高壓變頻器的輸入或輸出端加裝電感式磁環(huán)濾波器。平性并繞3-4圈，有助于抑制高次諧波（此方法簡單易行，價格低廉）。

（3）上述磁環(huán)濾波器還可根據(jù)現(xiàn)場情況加繞在高壓變頻器控制信號端或模擬信號給定端的

進(jìn)線上。

（4）裝有高壓變頻器的電控柜中，動力線和信號線應(yīng)分開穿管走線，金屬軟管應(yīng)接地良好。

（5）模擬信號線要選用屏蔽線，單端在高壓變頻器處接仿真地。

（6）還可通過調(diào)整高壓變頻器的載頻來改善干擾。頻率越低，干擾越小，但電磁噪聲越大。

（7）RS485通訊口與上位機(jī)相連一定要采用光電隔離的傳輸方式，以提高通信系統(tǒng)的抗

干擾性能。

（8）外配計(jì)算機(jī)或儀表的供電要和高壓變頻器的動力裝置供電分開，盡量避免共享一個內(nèi)

部變壓器。

（9）在受干擾的儀表設(shè)備方面也要進(jìn)行獨(dú)立屏蔽，市場上的溫控器、PID調(diào)節(jié)器、PLC、傳感器或變送器等儀表，都要加裝金屬屏蔽外殼并與保安地相連。必要時，可在此類儀表的電源進(jìn)線端加裝上述的電感式磁環(huán)濾波器。

維護(hù)保養(yǎng)

    高壓變頻器一般的安裝環(huán)境要求：最低環(huán)境溫度-5℃，最高環(huán)境溫度40℃。大量研究表明，高壓變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升，使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降，環(huán)境溫度升高10℃，高壓變頻器使用壽命將減半。此外，高壓變頻器運(yùn)行情況是否良好，與環(huán)境清潔程度也有很大關(guān)系。夏季是高壓變頻器故障的多發(fā)期，只有通過良好的維護(hù)保養(yǎng)工作，才能夠減少設(shè)備故障的產(chǎn)生，請用戶務(wù)必注意。

在夏季高壓變頻器維護(hù)時，應(yīng)注意變頻器安裝環(huán)境的溫度，定期清掃變頻器內(nèi)部灰塵，確保冷卻風(fēng)路的通暢。加強(qiáng)巡檢，改善變頻器、電機(jī)及線路的周邊環(huán)境。檢查是否緊固，保證各個電氣回路的正確可靠連接，防止不必要的停機(jī)事故發(fā)生。

注意事項(xiàng)

1、 認(rèn)真監(jiān)視并記錄變頻器人機(jī)界面上的各顯示參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)即時反映

2、 認(rèn)真監(jiān)視并記錄變頻室的環(huán)境溫度，環(huán)境溫度應(yīng)在-5℃～40℃之間。移相變壓器的溫升不能超過130℃

3、 夏季溫度較高時，應(yīng)加強(qiáng)變頻器安裝場地的通風(fēng)散熱。確保周圍空氣中不含有過量的塵埃，酸、鹽、腐蝕性及爆炸性氣體

4、 夏季是多雨季節(jié)，應(yīng)防止雨水進(jìn)入變頻器內(nèi)部（例如雨水順風(fēng)道出風(fēng)口進(jìn)入）

5、 變頻器柜門上的過濾網(wǎng)通常每周應(yīng)清掃一次；如工作環(huán)境灰塵較多，清掃間隔還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況縮短

6、 變頻器正常運(yùn)行中，一張標(biāo)準(zhǔn)厚度的A4紙應(yīng)能牢固的吸附在柜門進(jìn)風(fēng)口過濾網(wǎng)上

7、 變頻室必須保持干凈整潔，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況隨時清掃。

8、 變頻室的通風(fēng)、照明必須良好，通風(fēng)散熱設(shè)備（空調(diào)、通風(fēng)扇等）能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

維護(hù)項(xiàng)目

1、 用帶塑料吸嘴的吸塵器徹底清潔變頻器柜內(nèi)外，保證設(shè)備周圍無過量的塵埃。

2、 檢查變頻室的通風(fēng)、照明設(shè)備，確保通風(fēng)設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3、 檢查變頻器內(nèi)部電纜間的連接應(yīng)正確、可靠

4、 檢查變頻器柜內(nèi)所有接地應(yīng)可靠，接地點(diǎn)無生銹

5、 每隔半年（內(nèi)）應(yīng)再緊固一次變頻器內(nèi)部電纜的各連接螺母

6、 變頻器長時間停機(jī)后恢復(fù)運(yùn)行，應(yīng)測量變頻器(包括移相變壓器、旁通柜主回路)絕緣，應(yīng)當(dāng)使用2500V兆歐表。測試絕緣合格后，才能啟動變頻器

7、 檢查所有電氣連接的緊固性，查看各個回路是否有異常的放電痕跡，是否有怪味、變色，裂紋、破損等現(xiàn)象

8、每次維護(hù)變頻器后，要認(rèn)真檢查有無遺漏的螺絲及導(dǎo)線等，防止小金屬物品造成變頻器短路事故。特別是對電氣回路進(jìn)行較大改動后，確保電氣連接線的連接正確、可靠，防止'反送電'事故的發(fā)生。

選型事項(xiàng)

弊端

   選擇過高的電壓等級造成投資過高，回收期長。電壓等級的提高，電機(jī)的絕緣必須提高，使電機(jī)價格增加。電壓等級的提高，使變頻器中電力半導(dǎo)體器件的串聯(lián)數(shù)量加大，成本上升。可見，對于200～2000kW的電機(jī)系統(tǒng)采用6kV、10kV電壓等級是極不經(jīng)濟(jì)、很不合理的。

相數(shù)關(guān)系

   變頻器裝置投入6kV電網(wǎng)必須符合國家有關(guān)諧波抑制的規(guī)定。這和電網(wǎng)容量和裝置的額定功率有關(guān)。短路容量在1000MVA以內(nèi)，1000kW裝置12相（變壓器副邊雙繞組）即可，如果24相功率就可達(dá)2000kW，12相基本上消除了幅值較大的5次和7次諧波。整流相數(shù)超過36相后，諧波電流幅值降低不顯著，而制造成本過高。如果電網(wǎng)短路容量2000MVA，則裝置容許容量更大。

節(jié)約投資

    從電力電子器件特性及安全系數(shù)考慮電壓等級的必要性，受電力電子器件電壓及電機(jī)允許的dv/dt限制，6kV變頻器必須采用多電平或多器件串聯(lián)，造成線路復(fù)雜，價格昂貴，可靠性差。對于6kV變頻器若是用1700VIGBT，以美國羅賓康的PERFECTHARMONY系列6kV高壓變頻器為例，每相由5個額定電壓為690V的功率單元串聯(lián)，三相共60只器件。若是用3300V器件，也需3串共30只器件，數(shù)量巨大。另一方面裝置電流小，器件的電流能力得不到充分利用，以560kW為例，6kV電機(jī)電流僅60A左右，而1700V的IGBT電流已達(dá)2400A，3300V器件電流達(dá)1600A，有大器件不能用，偏要用大量小器件串聯(lián)，極不合理。即使電機(jī)功率達(dá)2000kW，電流也只有140A左右，仍很小。

    國外的中壓變頻器有多個電壓等級：1.1kV，2.3kV，3kV，4.2kV，6kV，它們主要由電力電子器件的電壓等級所確定。輸出同樣功率的變頻器，使用較高電壓或較多單元串聯(lián)所花的代價大于用較低電壓，較少數(shù)量而電流較大單元的代價，也就是說在器件電流允許條件下應(yīng)盡可能選用低的電壓等級。

隔離問題

    為了隔離、改善輸入電流及減小諧波，所有的中壓“直接變頻”器都不是真正的直接變頻，其輸入側(cè)都裝有輸入變壓器，這種配置短時間內(nèi)不會改變。既然輸入側(cè)有變壓器，變頻器和電機(jī)的電壓就沒有必要和電網(wǎng)一樣，非用10kV和6kV不可，功率2500kW以下電壓可以不超過3kV，因此就有了變頻器和電機(jī)的合理電壓等級問題。

200kW～800kW以下的變頻調(diào)速宜選用380V或660V電壓等級。它線路簡單，技術(shù)成熟，可靠性高，dv/dt小，價格便宜。仍以560kW電機(jī)為例，630kW660V的低壓變頻器約35萬，而同容量6000V中壓變頻器約90萬。實(shí)現(xiàn)的方法有低-低，低-高，高-低和高-低-高等幾種形式。由于電機(jī)，變壓器的價格遠(yuǎn)低于變頻器，即使更換電機(jī)、變壓器也合理。

如何配套

    原有6kV高壓電機(jī)如何與3.5kV變頻器電壓配套

    自建國以來傳統(tǒng)的6kV高壓電機(jī)是已投產(chǎn)的主要產(chǎn)品，為了推廣3.5kV變頻器不可能再花錢更換電機(jī)，作者提出一個簡便方案，以供參考。

制造廠原有6kV電機(jī)一般均為星形接線，其相繞組承受實(shí)際電壓為3468V，故只要將繞組改接成三角形其它不變。配3.5kV變頻器就把變頻器電壓從6kV下降到3.5kV，從表3可見4.5kV器件不串聯(lián)就可承受3kV耐壓。如果用1.7kV器件3串即可。制造成本將下降30%。而我國目前30MW機(jī)組最大電機(jī)2500kW采用3.5kV電壓完全合理。

諧波污染

    從實(shí)用角度整流橋組成12相整流可消除5、7次諧波已基本滿足電網(wǎng)諧波要求。因此400kW～800kW采用12相整流即可，1000kW～2500kW采用24相也可以符合要求

故障預(yù)防 

    由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動及保護(hù)回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發(fā)生故障，或者無法滿足預(yù)期的運(yùn)行效果。為防患于未然，事先對故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析尤為重要。

主回路

    主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定，在回路設(shè)計(jì)時已經(jīng)選定了電容器的型號，所以內(nèi)部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃，壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數(shù)的交流或直流電抗器可以減少脈動電流，從而延長電解電容器的壽命。

    在電容器維護(hù)時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應(yīng)考慮更換電解電容器。

典型故障

   故障現(xiàn)象：變頻器在加速、減速或正常運(yùn)行時出現(xiàn)過電流跳閘。

   首先應(yīng)區(qū)分是由于負(fù)載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過歷史記錄查詢在跳閘時的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設(shè)定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應(yīng)考慮是否有過載或突變，如電機(jī)堵轉(zhuǎn)等。在負(fù)載慣性較大時，可適當(dāng)延長加速時間，此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設(shè)定范圍內(nèi)，可判斷是IPM模塊或相關(guān)部分發(fā)生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、V、W， 分別與直流側(cè)的P、N端子之間的正反向電阻，來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅(qū)動電路出了故障。如果減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動電路故障；而加速時IPM模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅(qū)動電路部分故障，發(fā)生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進(jìn)入變頻器內(nèi)部或環(huán)境潮濕引起。

控制回路

    控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器，其原理與前述相同，但這里的電容器中通過的脈動電流，是基本不受主回路負(fù)載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據(jù)電容器環(huán)境溫度以及使用時間，來推算是否接近其使用壽命。

    電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動電路和表面操作顯示板以及風(fēng)扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過開關(guān)電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開關(guān)電源部分損壞，風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。

    邏輯控制電路板是變頻器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規(guī)模集成電路，具有很高的可靠性，本身出現(xiàn)故障的概率很小，但有時會因開機(jī)而使全部控制端子同時閉合，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)EEPROM故障，這只要對EEPROM重新復(fù)位就可以了。IPM電路板包含驅(qū)動和緩沖電路，以及過電壓、缺相等保護(hù)電路。從邏輯控制板來的PWM信號，通過光耦合將電壓驅(qū)動信號輸入IPM模塊，因而在檢測?？斓耐瑫r，還應(yīng)測量IPM模塊上的光耦。

冷卻系統(tǒng)

   冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風(fēng)扇。其中冷卻風(fēng)扇壽命較短，臨近使用壽命時，風(fēng)扇產(chǎn)生震動，噪聲增大最后停轉(zhuǎn)，變頻器出現(xiàn)IPM過熱跳閘。冷卻風(fēng)扇的壽命受陷于軸承，大約為10000～35000 h。當(dāng)變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時，需要2～3年更換一次風(fēng)扇或軸承。為了延長風(fēng)扇的壽命，一些產(chǎn)品的風(fēng)扇只在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時而不是電源開啟時運(yùn)行。

電磁感應(yīng)

   如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動作，造成工作不正常或停機(jī)，嚴(yán)重時甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有：變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過20 cm；盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主回路分離；變頻器控制回路配線絞合節(jié)距離應(yīng)在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距；變頻器距離電動機(jī)很遠(yuǎn)時（超過100 m），這時一方面可加大導(dǎo)線截面面積，保證線路壓降在2%以內(nèi)，同時應(yīng)加裝變頻器輸出電抗器，用來補(bǔ)償因長距離導(dǎo)線產(chǎn)生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行接地，必須在專用接地點(diǎn)可靠接地，不能同電焊、動力接地混用；變頻器輸入端安裝無線電噪聲濾波器，減少輸入高次諧波，從而可降低從電源線到電子設(shè)備的噪聲影響；同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器，以降低其輸出端的線路噪聲。

安裝環(huán)境

    變頻器屬于電子器件裝置，對安裝環(huán)境要求比較嚴(yán)格，在其說明書中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下，若確實(shí)無法滿足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動是對電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應(yīng)采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件銹蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應(yīng)對控制板進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。

    除上述幾點(diǎn)外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇也是非常必要的。對于特殊的高寒場合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應(yīng)采取設(shè)置空氣加熱器等必要措施。

應(yīng)用領(lǐng)域

電力：引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、吸塵風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、渣漿泵

冶金：除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、泥漿泵、除垢泵

石化：注水泵、電潛泵、輸油泵、管道泵、排風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、除垢泵

水務(wù)：供水泵、取水泵

環(huán)保：污水泵、凈化泵、清水泵

水泥：窯爐引風(fēng)機(jī)、壓力送風(fēng)機(jī)、冷卻器吸塵機(jī)、生料碾磨機(jī)、供氣風(fēng)機(jī)、冷卻器排風(fēng)機(jī)、分選器風(fēng)機(jī)、主吸塵風(fēng)機(jī)

造紙：打漿機(jī)

制藥：清洗泵、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)

采礦：排水泵、排風(fēng)扇、介質(zhì)泵、渣漿泵

各種保護(hù)

    隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。

Ipower系列高壓變頻器是采用多單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)的交-直交電壓源型變頻器，它通過多重疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸入、輸出電壓、電流波形的正弦化，諧波得到有效控制，減少了對電網(wǎng)和負(fù)載的污染是不需要濾波器的環(huán)保型高壓變頻器。同時它還有完備的保護(hù)裝置與措施來保護(hù)變頻器和負(fù)載，以杜絕和避免因各種復(fù)雜工況而造成的損失，為用戶創(chuàng)造更大的效益。

進(jìn)線保護(hù)

    進(jìn)線保護(hù)是對用戶進(jìn)線端以及變頻器的保護(hù)，其中包括防雷保護(hù)，接地保護(hù)，缺相保護(hù)，反相保護(hù)，不平衡度保護(hù)，過壓保護(hù)，變壓器保護(hù)等等。這些保護(hù)裝置一般都安裝在變頻器的輸入端，在運(yùn)行變頻器之前得首先保證進(jìn)線保護(hù)沒有問題，方可運(yùn)行。

防雷保護(hù)

    是通過安裝在旁路柜或變頻器輸入端的避雷器進(jìn)型防雷保護(hù)，避雷器是一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護(hù)電工設(shè)備免受瞬時過電壓危害，又能截?cái)嗬m(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器接于變頻器進(jìn)線與地之間，與被保護(hù)變頻器并聯(lián)。當(dāng)過電壓值達(dá)到規(guī)定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限制過電壓幅值，保護(hù)設(shè)備絕緣;電壓值正常后，避雷器又迅速恢復(fù)原狀，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，防止因雷擊而受到損害。

接地保護(hù)

    是通過在變頻器進(jìn)線端安裝零序互感器裝置，零序電流保護(hù)的原理是基于基爾霍夫電流定律，流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的復(fù)電流的代數(shù)和等于零。在線路與電氣設(shè)備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零，因此，零序電流互感器的二次側(cè)繞組無信號輸出，執(zhí)行元件不動作。當(dāng)發(fā)生某一相接地故障時的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序電流互感器的環(huán)形鐵芯中產(chǎn)生磁通，零序電流互感器的二次側(cè)感應(yīng)電壓，反饋到主監(jiān)控箱，進(jìn)而發(fā)出保護(hù)命令，達(dá)到接地故障保護(hù)的目的。

過壓保護(hù)

    缺相、反相、不平衡度保護(hù)、過壓保護(hù)。缺相、反相、不平衡度保護(hù)，過壓保護(hù)主要是由變頻器進(jìn)線電壓反饋版或電壓互感器進(jìn)行進(jìn)線電壓采集，再通過CPU板進(jìn)行運(yùn)算來判斷是否是缺相，反相，進(jìn)線電壓是否平衡，是否過壓，因?yàn)槿绻斎肴毕?，或反相，以及電壓不平衡或者過壓很容易造成變壓器燒毀，或是功率單元損壞，或者電機(jī)反轉(zhuǎn)。

變壓器保護(hù)

   Ipower系列高壓變頻器只要由三部分組成：變壓器柜，功率單元柜，控制柜組成，變壓器是采用切分式干式變壓器將高壓交流電變換成一系列不同角度的低電壓為功率單元供電，變壓器只能通過風(fēng)冷進(jìn)行冷卻，因此對變壓器的保護(hù)主要是通過變壓器的溫度進(jìn)行保護(hù)，防止變壓器溫度過高，而造成變壓器線圈燒毀。在變壓器三相得線圈里放置溫度探頭，將溫度探頭的令一端連接到溫控裝置，該溫控裝置可以設(shè)施變壓器底部風(fēng)機(jī)自動啟動溫度，告警溫度，和跳閘溫度，同時將各相線圈溫度顯示數(shù)來，如果溫度達(dá)到告警或跳閘值，溫控器會將信號送至PLC，將報(bào)警信息顯示在用戶界面，PLC會進(jìn)行告警或跳閘保護(hù)。

出線側(cè)保護(hù)

   Ipower系列高壓變頻器的出線保護(hù)是對變頻器輸出側(cè)部分及負(fù)載的保護(hù)，包括輸出過壓保護(hù)，輸出過流保護(hù)，輸出短路保護(hù)，電機(jī)超溫保護(hù)等等。

輸出過壓

輸出過壓保護(hù)是通過輸出側(cè)電壓采樣板對輸出電壓進(jìn)行采集，如果輸出電壓過高，系統(tǒng)會自動報(bào)警。

輸出過流

輸出過流保護(hù)是通過檢測輸出的霍爾采集的輸出電流，而進(jìn)行比較判斷是否造成過流。

輸出短路

針對電動機(jī)定子繞組及其引出線相間發(fā)生短路故障時所采取的保護(hù)措施。變頻器如果判斷輸出短路則立即對功率單元發(fā)出封鎖，停止運(yùn)行。