一、引言
在節(jié)能降耗、保護環(huán)境作為國家工作重點的大環(huán)境下，最有效的節(jié)能產(chǎn)品之一——高壓變頻器，應用越來越廣泛。但隨著高壓變頻器的應用廣度和深度都得到不斷強化，變頻器在高溫、高濕、高粉塵、高腐蝕、高電磁噪聲、振動等惡劣條件下的節(jié)能應用需求日益增多，這就更加凸顯了高壓變頻器在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性、持久性以及操作的便捷性、靈活性和安全性的重要程度。
二、 人、機、環(huán)境之間相互作用關(guān)系
1.運行環(huán)境對高壓變頻器的影響
據(jù)一份美國軍方公布的電氣環(huán)境對電子設(shè)備安全的評估報告中顯示：在設(shè)備故障原因的調(diào)查分析中，80%是由于設(shè)備運行環(huán)境因素所致，其中溫度原因占55%、濕度25%、粉塵影響12%、振動和電磁噪聲13%；由于電路設(shè)計和元器件質(zhì)量問題引發(fā)設(shè)備故障的只有20%。由此可見，環(huán)境對電氣設(shè)備安全的影響程度可窺一斑。
⑴ 溫度對高壓變頻器的影響
①高壓變頻器的核心元件IGBT與溫度之間的關(guān)系，如圖1所示。
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圖1IGBT模塊功率循環(huán)壽命曲線
由上圖可以看出，IGBT模塊的循環(huán)壽命隨著溫度的增加急劇減少，因此盡可能降低高壓變頻器的工作溫度能夠大大延長IGBT模塊的循環(huán)壽命。
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圖2變頻器用濾波電解電容器的壽命與環(huán)境溫度的關(guān)系
從圖中可以看到，當電解電容器在額定電流值下工作時，當工作溫度為55℃時，壽命為20000小時；當工作溫度為75℃時，壽命為5000小時；當工作溫度為85℃時，壽命僅為2000小時（不足三個月）——這還是排除了浪涌電流沖擊的因素。由此可見溫度升高對電解電容的壽命影響非常大。
由以上兩點可見，普通高壓變頻器在高溫下運行會大大縮減它的壽命。
⑵ 其他因素對高壓變頻器的影響
①濕度太高且濕度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。
②在冶金和水泥行業(yè)中產(chǎn)生的粉塵不僅影響散熱，而且還有個別廠家的粉塵有導電作用。
③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?；蛲C，嚴重時甚至損壞變頻器。
④雷擊或浪涌電流會使觸點擊穿、燒損或粘結(jié)，從而造成誤導通或喪失功能。
2.用戶管理過程中容易出現(xiàn)的問題
⑴ 控制面板操作復雜，參數(shù)設(shè)置等工作只有專業(yè)的工程師才能管理控制。
⑵電機與操作室距離較遠，不便于用戶的控制和監(jiān)視。
⑶ 某些參數(shù)需要保護，非專業(yè)人員容易操作失誤。
⑷ 當任意單元發(fā)生故障或損壞時，需要停機維修，影響發(fā)電需要。
⑸ 變頻-工頻切換時，會出現(xiàn)變頻炸機或空開跳閘的現(xiàn)象。
三、國電四維高壓變頻器應對方案
我們改變不了環(huán)境，但可以改變產(chǎn)品。國電四維本著“精于芯，簡于型”的設(shè)計理念，從用戶角度出發(fā)，充分考慮到在高壓變頻器應用過程中用戶可能面對的問題，盡最大可能在設(shè)計階段使這些問題得到解決。
1.高壓變頻器運行環(huán)境應對方案
溫度——采用最新推出的第四代高性能大功率IGBT器件，耐功率、熱循環(huán)能力，抗電流、電壓尖峰沖擊能力明顯提高。更適合大功率變頻器和電氣化牽引領(lǐng)域等可靠性要求較高的應用場合。
風速決定散熱效果，一般產(chǎn)品在單元體的風速是3米/秒，工作環(huán)境溫度最高不超過40℃。通過完善的仿真系統(tǒng)實驗和科學的流體力學設(shè)計，國電四維的產(chǎn)品的風速在單元體可達6～9米/秒，工作環(huán)境溫度最高可在45～50℃間。這就意味著，即便沒有空調(diào)制冷，我們的產(chǎn)品也能在很多的場合良好運行。其意義在于：減少投資、減少能耗、進一步提高可靠性。
濕度——自動除塵除潮。粉塵和潮氣是開機故障率高的重要原因。在停機狀態(tài)下，根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測，可獨立運行冷卻風機，自動除塵除潮，大大提高開機成功率。并且環(huán)境濕度在95%以下無凝結(jié)；采用除濕設(shè)備和濕度控制技術(shù)，可以長期承受95%以上環(huán)境濕度條件。
粉塵——設(shè)備環(huán)境密閉與外界隔離。
粉塵自動回收。采用獨特的懸掛式半開放單元結(jié)構(gòu)，粉塵不會跌落和附結(jié)在單元體內(nèi)，并在整機的底部裝置了可卸載的粉塵回收器皿，解決了長期困擾并影響產(chǎn)品品質(zhì)的粉塵問題。
電磁干擾——采用封閉的金屬外殼和獨立的接地系統(tǒng)，控制柜與功率單元柜之間全部采用光纖通訊，允許設(shè)備在強干擾環(huán)境下運行。
浪涌電流——采用獨創(chuàng)的預充電技術(shù)，有效控制電容的充電速度，減少合閘沖擊，提高電容使用壽命，增強變頻器可靠性。
三防——變頻器箱體采用除銹、表面鈍化方式處理，并和線路板的表面都采用了三防涂料。
2．用戶管理問題應對方案
⑴ 國電四維高壓變頻器，采用觸摸屏作為可視化人機界面，通過串口與控制器通訊，觸摸屏圖文并茂的顯示變頻器狀態(tài)和參數(shù)，現(xiàn)場操作人員只需用手指輕輕觸摸屏上的圖形或文字，就能輕易的實現(xiàn)對參數(shù)的操作和修改控制，如圖3所示。
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圖3 主控畫面（其中狀態(tài)指示燈“●”表示“是”狀態(tài)，“○”表示“否”狀態(tài)。）
⑵ 為了方便用戶，國電四維高壓變頻器除了能夠就地完成調(diào)試、設(shè)定、運行等操作并進行監(jiān)測，還可以通過計算機進行遠程監(jiān)控，如圖4、圖5所示。
圖4 用戶控制項目
圖5 用戶監(jiān)視項目
圖4 用戶控制項目
圖5 用戶監(jiān)視項目
⑶ 為了保證操作的安全性，國電四維高壓變頻器實行分三級權(quán)限管理原則，即現(xiàn)場操作人員，工程師和廠家分級管理，以此保證高壓變頻器能夠安全、穩(wěn)定的運行。
⑷獨有的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)N-1滿載運行，當任意一功率單元發(fā)生故障或損壞時，能保證變頻器不停機且連續(xù)額定運行，不影響電能質(zhì)量和變頻調(diào)節(jié)品質(zhì)。
⑸ 精確的電機頻率、相位鎖定功能，實現(xiàn)負載變頻-工頻自由無擾切換。
四、總結(jié)
北京國電四維清潔能源技術(shù)有限公司以“全面實現(xiàn)人•機•環(huán)境的和諧合一”為產(chǎn)品的生產(chǎn)理念，使我公司產(chǎn)品做到了以下四點：
與經(jīng)常掉電、閃變、波動的電網(wǎng)和諧合一
與惡劣的、充滿著粉塵與潮氣的環(huán)境和諧合一
與閃電、雷擊等自然災害現(xiàn)象和諧合一
與電磁壞干擾、浪涌電流和誤作業(yè)等形形色色的失控現(xiàn)象和諧合一
除此之外，國電四維高壓變頻器還具備以下特點：
產(chǎn)品使用國電四維開發(fā)的一種嶄新的超大規(guī)模集成芯片，即“雙核四維芯” （DSP算法硬核+并發(fā)控制硬核），單芯片即可完成諸如高壓變頻、超大功率太陽能并網(wǎng)逆變器的空間矢量控制等復雜算法，簡化系統(tǒng)硬件設(shè)計，提高可靠性，滿足控制數(shù)據(jù)高速并行處理的需要。
全信號光纖直接驅(qū)動和驅(qū)動保護電路模塊化。（國電四維每個功率單元4根驅(qū)動光纖，許多同類廠家只采用1根驅(qū)動光纖）功率單元內(nèi)取消了易受干擾的單片機或其他任何形式的CPU器件，采用光纖直接驅(qū)動，解決了程序干擾、通訊誤碼等問題，提高了單元抗干擾能力和運行可靠性。
采用緊湊型嵌入式結(jié)構(gòu)，使外觀更加流暢，優(yōu)化的風道設(shè)計將冷卻效果顯著提高。同等功率體積比國內(nèi)外相同產(chǎn)品小30%～50%。
特有的低壓檢測模式，在變頻器安裝調(diào)試或工頻旁路運行情況下，可以對變頻器進行調(diào)試或檢修維護。
雙頻制動功能，可用于要求準確停車的控制場合或變頻器啟動前對由外力引起的電動機自由旋轉(zhuǎn)（如風機）的制動。
革命性的能量再生技術(shù)，其核心概念是：把由環(huán)境因素造成的設(shè)備死亡狀態(tài)變?yōu)闃O其短暫的休眠狀態(tài)，在這一短暫的過程中注入新的能量，以激活處于休眠狀態(tài)的設(shè)備，確保設(shè)備不停機，而這一過程時間僅為毫秒級，極大提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的效益。
最完美的頻率曲線。一般產(chǎn)品預先提供了4～8個頻率曲線，以期得到較好的節(jié)電效果。而變頻的最完美的頻率曲線是與現(xiàn)場的負載特性曲線相一致，這樣的頻率曲線的節(jié)電效果最高（約高出3個百分點）。基于提高變頻的節(jié)電率，我們研發(fā)出了無極頻率曲線，也就是說，現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試時，有無限的頻率曲線可供選擇，直至找到與現(xiàn)場負載特性曲線完全相一致的頻率曲線。
永不死機。產(chǎn)品采用目前世界最潮流的大功率超級芯片技術(shù)，避免單元芯片程序繁雜而死機的情況發(fā)生。我們目前是國內(nèi)唯一采用這一技術(shù)的廠家。
整機性高效率?？蓪崿F(xiàn)整機運輸，整機投運。無需單元單獨運輸單獨安裝單獨調(diào)試。同時由于采用了獨特的單元懸掛技術(shù)，避免了運輸過程中振動對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，極大提高了設(shè)備的一次性投運成功率。
在全球環(huán)境不斷惡化的今天，以我們的力量暫時抑制不了日益惡化的生態(tài)環(huán)境，但我們能做到的是不斷研究更新我們公司的產(chǎn)品。國電四維一直致力于制造人、機、環(huán)境和諧合一的高壓變頻器，希望能夠給在節(jié)能環(huán)保方面有需求的企業(yè)提供一個更好的選擇！
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