簡(jiǎn)介：針對(duì)高壓綠色變頻器在大型流體機(jī)械中的應(yīng)用實(shí)例，介紹了其工作原理、應(yīng)用性能以及實(shí)際應(yīng)用效果。 關(guān)鍵字：高壓綠色變頻器，大型流體機(jī)械，節(jié)能應(yīng)用 　變頻調(diào)速是流體機(jī)械最理想的調(diào)速節(jié)電技術(shù)，但至今我國(guó)大型風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)類流體機(jī)械應(yīng)用變頻調(diào)速的卻屈指可數(shù)。這是因?yàn)?，我?guó)200-315KW及315KW以上大型流體機(jī)械，大多采用或全部采用高壓電動(dòng)機(jī)。而傳統(tǒng)的高壓變頻器諧波污染大。近年來，隨著高壓綠色變頻器的出現(xiàn)，使大型流體機(jī)械的節(jié)能問題有望得到解決。本文將對(duì)這種產(chǎn)品及其應(yīng)用進(jìn)行綜合介紹，以期對(duì)流體機(jī)械節(jié)能技術(shù)進(jìn)步能有所助益。 一、工作原理 　　高壓綠色變頻器又稱多重化變頻器、單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器。它是每相由多個(gè)低壓PWM變頻功率單元相互串聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)輸入電壓多重化。以美國(guó)羅賓康公司的HARMONY系列變頻器為例，6kv綠色變頻器的拓?fù)鋱D如圖1所示。三相共有15個(gè)功率單元，分別由輸入隔離變壓器的15個(gè)二次繞組供電。15個(gè)二次繞組分成5組，每組之間存在12°相位差，如圖2所示。功率單元為一三相輸入、單相輸出的PWM型變頻器，如圖3所示，由二極管組成三相橋式整流電路，整流后由4只低壓IGBT逆變成單相交流輸出。 [align=center] 圖1 圖2 圖3[/align] 　　應(yīng)當(dāng)指出，這種變頻器并不是真正的直接高壓變頻器，因它可以直接接入高壓電動(dòng)機(jī)和高壓電網(wǎng)，我們把它歸為高壓變頻器。 二、性能特點(diǎn) 　　這種變頻器除了具有節(jié)能效果顯著、平滑無級(jí)調(diào)速、軟啟動(dòng)、工藝調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定等以往高壓變頻器優(yōu)點(diǎn)以外，還具有如下特點(diǎn)。 　　1.對(duì)電網(wǎng)的諧波污染小，功率因數(shù)高 　　由于輸入是30脈沖，所以理論上29次以下的諧波都可以抵消，電壓總畸變率只有1.2%，電流總畸變率僅為0.8%，能滿足IEEE519-1992的要求。輸入功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，不需要功率因數(shù)補(bǔ)償。表1列出多重化變頻器與電流型變頻器諧波比較。 [align=center]表1 多重化變頻器與電流型變頻器諧波比較 % [/align] 　　2.可靠性高，維修方便 　　由于有濾波電容，系統(tǒng)可以承受電源電壓下降-30%和電源喪失5個(gè)周期。功率單元使用常規(guī)的低壓IGBT，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠，又采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)互換，每個(gè)功率單元經(jīng)過I/O端子與系統(tǒng)聯(lián)系，維修更換十分方便。由于采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，還可以采取旁路技術(shù)和冗余設(shè)計(jì)。如我國(guó)先行HAF高壓變頻器，設(shè)計(jì)有熱備份、熱插拔和主回路直合功能。當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)將故障單元切換旁路，使熱備份投入。 　　當(dāng)整機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)，由變頻狀態(tài)轉(zhuǎn)入工頻狀態(tài)，不會(huì)因變頻器故障造成電機(jī)停機(jī)。 　　3.用于普通高壓異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)輸出電纜長(zhǎng)度無特殊限制此變頻器輸出電壓跳變臺(tái)階為單元的直流母線電壓，dv/dt很小，同時(shí)由于采用移相式PWM，電機(jī)電壓的等效開關(guān)頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加，降低了輸出諧波，由諧波引起的電機(jī)發(fā)熱、噪聲、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、共模電壓都大為減少。所以這種變頻器可直接采用普通高壓電機(jī)，且不必降低額定容量使用，對(duì)輸出電纜長(zhǎng)度也沒有特殊限制。 　　4.損耗小，效率高 　　此變頻器無需功率因數(shù)補(bǔ)償，諧波分量很小，諧波引起的損耗大為減少，IGBT驅(qū)動(dòng)功率很小，峰值功率為5W左右，平均功率不到1W，變頻部分效率高達(dá)98%以上，整個(gè)變頻系統(tǒng)的效率高達(dá)96%以上。表2列出多重化變頻器與CSI-PWM變頻器效率比較。 [align=center]表2 多重化變頻器與CSI-PWM變頻器效率比較 % [/align] 三、我國(guó)研制開發(fā)狀況 　　1997年7月，北京先行新機(jī)電技術(shù)有限責(zé)任公司開發(fā)出我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓綠色大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)獲得該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家發(fā)明專利。1998年8月通過了北京市經(jīng)濟(jì)委員會(huì)委托中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)主持的專家鑒定。該產(chǎn)品已列入1998年國(guó)家科技部火炬計(jì)劃、國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，并且獲得1999年國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)產(chǎn)品證書，已在北京燕山石化總公司供水廠、大港油田水電廠、武鋼、國(guó)華三河電廠、大慶、遼河油田等單位實(shí)際應(yīng)用，綜合效益明顯。北京利德華福技術(shù)有限公司依托清華大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研制開發(fā)出HARSVERT-A系列3kv/6kv/10kv三個(gè)電壓等級(jí)的300-2500kw系列高壓綠色變頻器，一臺(tái)1000kw/6kv高壓變頻器在天津新開河水廠成功運(yùn)行。2000年8月，通過了國(guó)家電控配電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，取得了中國(guó)電力科學(xué)院入網(wǎng)測(cè)試報(bào)告，并于2000年9月通過原國(guó)家機(jī)械局組織的產(chǎn)品鑒定。 四、應(yīng)用實(shí)例 　　上海閔行發(fā)電廠9號(hào)爐配用兩臺(tái)YA-73No.28D型離心式吸風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量38萬m3/h，全壓為3973Pa，配用JSQ-156-6型電動(dòng)機(jī)，額定功率700kw，額定電壓6kv。安裝了美國(guó)羅賓康公司生產(chǎn)的兩臺(tái)750kw高壓綠色變頻器后，效果顯著，與以往的入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)比較，全年節(jié)電267萬kw•h，可節(jié)省電費(fèi)64萬多元，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能信息傳播中心于2000年7月召開現(xiàn)場(chǎng)會(huì)進(jìn)行推廣。 　　1997年7月，燕山石化集團(tuán)動(dòng)力廠第三供水車間水泵電機(jī)上安裝了一臺(tái)6kv•A的HVF高壓綠色變頻調(diào)速系統(tǒng)。國(guó)家電力檢測(cè)中心對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)兩周的變頻和直合的對(duì)比運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，系統(tǒng)的總體節(jié)電效果平均可達(dá)41%。 　　HVF高壓綠色變頻器不僅在異步電機(jī)上應(yīng)用成功，在同步電機(jī)上應(yīng)用也同樣獲得了成功。2001年初，國(guó)內(nèi)首臺(tái)10kv、400kw HVF高壓綠色變頻器成功地在武漢鋼鐵集團(tuán)大型軋鋼廠。 　　高速線材車間空壓機(jī)上運(yùn)行。該臺(tái)空壓機(jī)配用的同步電機(jī)型號(hào)為TK350-14/1430，額定電壓10kv，額定電流24.7A，額定轉(zhuǎn)速428r/min。安裝了高壓變頻器后，啟動(dòng)電流以由100A下降到12A，運(yùn)行頻率35-40Hz，平均節(jié)電40%。