1、前言 我國(guó)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、水泵4000萬(wàn)余臺(tái)，用電量占總發(fā)電量的30％、55％的風(fēng)機(jī)、水泵可改為調(diào)速運(yùn)行，按節(jié)電率20％計(jì)算，年節(jié)電可達(dá)200億kW.h。風(fēng)機(jī)、水泵采用交流變頻器調(diào)速運(yùn)行后，節(jié)能效果顯著。有關(guān)方面的統(tǒng)計(jì)見表1。 [align=center]表1 風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備調(diào)速節(jié)能情況 [/align] 近年來(lái)，通過(guò)國(guó)家政策的引導(dǎo)和支持，部分企業(yè)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵投資進(jìn)行了節(jié)能改造，取得一定的成效，同時(shí)也使企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到采用交流變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造是降低成術(shù)，提高效益的有效途徑，符合企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的根本利益。但目前主要在低壓中小容量（380V，315 kW以下）設(shè)備上應(yīng)用，而我國(guó)大容暈的風(fēng)機(jī)、水泵電壓等級(jí)為6 kV或10 kV。數(shù)量多，分布廣泛。如自來(lái)水行業(yè)的水泵，冶金行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵，石油行業(yè)的輸油泵、注水泵，化工行業(yè)的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，電力行業(yè)的鍋爐風(fēng)機(jī)、泵，礦山的風(fēng)機(jī)等。對(duì)這些高壓大容量的風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備進(jìn)行交流變頻調(diào)遮技術(shù)改造，節(jié)能效益將十分顯著。同時(shí)，節(jié)電的投資成本比發(fā)電要低得多（見表2），節(jié)電投資只是發(fā)電投資的1/10～1/100。在能源曰趨緊張、倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的今天，可見對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵這類“耗電大戶”進(jìn)行節(jié)能改造是潛力巨大，意義重大，而且見效快，效益好。 國(guó)內(nèi)已有企業(yè)對(duì)應(yīng)用交-直-交高壓大容量變器進(jìn)行了嘗試，并取得了很好的效果，節(jié)能在50％以上。因此，開發(fā)高壓大容量交流變頻器。是十分必要和非常緊迫的。 [align=center]表2 節(jié)電與發(fā)電投資成本比較 [/align] 2、國(guó)外高壓大容量交流變頻技術(shù)發(fā)展情況 目前，國(guó)外能生產(chǎn)高壓大容量交流變頻器的廠家主要有：西門子、CEGELEC、艾倫-布拉德、羅賓康、ROSS HILL等少數(shù)幾個(gè)公司，主要有以下幾種方案。 （1）高-低-高方式 這是目前應(yīng)用最多的一種方式，所謂高-低-高方式，就是在通用變頻器（低壓）輸入側(cè)前加一個(gè)降壓變壓器，在變頻器輸出側(cè)后加。個(gè)升壓變壓器而構(gòu)成高址變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如西門子公司曾采用SCR電流型的SIMOVERTA系列交流變頻器，現(xiàn)在又采用新一代的IGBT電壓型S1MOVERT Master Drives系列交流變頻器，加上降壓/升壓變壓器組成高壓交流變頻系統(tǒng)。 此種方式的特點(diǎn)是： 1）易于實(shí)現(xiàn)，因變頻系統(tǒng)的主體采用現(xiàn)成的低壓通用變頻器，電壓據(jù)情況可選380～1000VAC，通過(guò)降壓/升壓變壓器，即可用于3000～10000VAC電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)。 2）輸入變壓器一般采用一繞組變壓器，兩個(gè)副邊繞組相差30°電角度，以實(shí)現(xiàn)12脈沖工作方式，減少主回路諧波。 3）由于變頻器輸出含有高次諧波及直流分量，輸出（升壓）變壓器須特殊設(shè)計(jì)。 （2）直接高壓方式 此方式即直接對(duì)高壓電源進(jìn)行整流后逆變輸出，無(wú)需降壓/升壓變壓器。 其性能特點(diǎn)： 1）適用于400～1000OHP，2300～7200VAC交流電動(dòng)機(jī)，輸出頻率：2～75Hz，準(zhǔn)正弦波輸出。 2）PWM-CSI脈寬調(diào)制電流型逆變器設(shè)計(jì)，全數(shù)字矢量控制。 3）最新的GTO逆變器技術(shù)。 4）無(wú)降壓，升壓變壓器，因而結(jié)構(gòu)緊湊，損耗也小。 5）因諧波問(wèn)題，可能需裝諧波濾波器。 （3）多重化方式 此種方式是由多個(gè)低壓功率單元串聯(lián)疊加而達(dá)到高壓輸出。每個(gè)功率單元額定輸出電壓為865 V，每相4個(gè)功率單元，則相電壓為3460V，所對(duì)應(yīng)的線電壓為6000V。各個(gè)功率單元由一體化的輸入隔離變壓器的副邊線圈分別供電，副邊線圈采用多種接法，互相存在一個(gè)相位差以實(shí)現(xiàn)輸入多重化，由此可消除各功率單元產(chǎn)生的諧波。另外，每個(gè)功率單元都是一個(gè)三相輸入，單相輸出的變頻器，通過(guò)采用多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，而合成近乎完美的正弦波輸出電壓。因此，ROBICON稱之為完美無(wú)諧波高壓變頻器。 這種方式的特點(diǎn)是： 1）對(duì)電網(wǎng)的諧波污染很小，見表3。 [align=center]表3 多重化變頻器與電流型變頻器諧波比較 [/align] 2）效率高，由于多重化變頻器無(wú)輸出變壓器，也無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償裝置、諧波濾波器等。同時(shí)由于諧波分量小，電源變壓器及電動(dòng)機(jī)的損耗小，日而系統(tǒng)效率高，見表4。 [align=center]表4 多重化變頻器與CSI變頻器效率比較（％） [/align] 3）油于采用了多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，提供正弦輸出波形，不再有因諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、噪音問(wèn)題。而且無(wú)論變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜有多長(zhǎng)都可以保護(hù)電動(dòng)機(jī)不受共模電壓和dv/dt的損害。 4）技術(shù)較復(fù)雜，所用功率元件多。 3、國(guó)產(chǎn)化方案與途徑 根據(jù)我國(guó)工業(yè)的實(shí)際情況，并著眼于未來(lái)，多重化高壓變頻器性能好，效率高，無(wú)諧波污染，是我們開發(fā)高壓變頻器的理想方案。 1）多重化高壓變頻器系統(tǒng)由高壓進(jìn)線柜、輸入隔離變壓器柜、功率單元柜、輸出和控制柜組成。目前除控制部分外，大部分可國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、配套，因而可顯著降低柜體的生產(chǎn)安裝成本。 2）其輸入隔離變壓器采用國(guó)產(chǎn)千式變壓器，完全可以滿足要求，且價(jià)格便宜。 3）功率元件可立足于國(guó)內(nèi)，以降低、控制整機(jī)成本。國(guó)內(nèi)SCR、GTO生產(chǎn)技術(shù)己較為成熟，工藝穩(wěn)定，價(jià)格合理。隨著GTR、IGBT、IPM等電力電子器件的迅速發(fā)展，將為整機(jī)的開發(fā)生產(chǎn)創(chuàng)造更加良好的條件。 4）功率單元為抽屜式，各功率單兀使用的是常見的低壓器件，便于生產(chǎn)、測(cè)試及維護(hù)。 總之，通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，選擇合理方案，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，是完全可能的，并可大大降低成本，節(jié)約外匯，同時(shí)推動(dòng)我國(guó)電力電子技術(shù)和電氣節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。