作者簡介：勵小峰（1977-），男，浙江寧波人，本科學(xué)歷，中級電子工程師，研究方向：電力電子技術(shù)，高壓變頻器，SVG。

摘 要：隨著國民經(jīng)濟的飛速增長，人們的生活質(zhì)量獲得明顯改善。作為促進經(jīng)濟發(fā)展的先驅(qū)力量，工業(yè)生產(chǎn)一直是我國電力能源的消費大戶。我國電機系統(tǒng)運行能源耗損大，生產(chǎn)效益低，如何改善這一現(xiàn)狀是每一位業(yè)內(nèi)從業(yè)者均應(yīng)認真思考的一個問題。為此，結(jié)合我國高壓變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀，對大功率高壓變頻器的設(shè)計進行研究，并通過實際運行，對該變頻器的應(yīng)用進行了可行性分析。

關(guān)鍵詞：大功率高壓變頻器；恒壓頻比控制；變頻調(diào)速節(jié)能

中圖分類號： TB 文獻標識碼：A 文章編號：16723198（2014）17019601

電機節(jié)能可從兩方面著手，第一種是通過對電機產(chǎn)品本身進行改良，出產(chǎn)新型高效電機，不過這種方式需要耗費大量的人力、物力資源，而產(chǎn)品的更新?lián)Q代也需要一定周期，根本無法發(fā)揮出立竿見影的效果。第二種方法無需更換設(shè)備，只需在現(xiàn)有設(shè)備上添加變頻調(diào)速器一類的節(jié)能裝置即可。相較之下，第二種方法成本低，見效快，因此更適合采納。

1 大功率高壓變頻器的設(shè)計原則

1.1 我國高壓變頻器的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)下最為常見的是“高-高”型變頻調(diào)速裝置，電流源型、單元串聯(lián)多電平PWM電壓型等變頻器均屬于這一類型。電流源型通過局部使用SGCT直接串聯(lián)的方式來提升耐壓性能，直流部分使用電抗器儲能，輸出電壓最高值可達到7.2kV，主要被用于國內(nèi)電壓為6kV左右的電機。

1.2 設(shè)計需求

據(jù)筆者調(diào)查獲悉，單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器憑借諧波量小、結(jié)構(gòu)一體化與方便維護等優(yōu)點，深受市場消費者青睞。這一類型的高壓變頻器按照拖動數(shù)量可分為：一拖一，一拖二，一拖多方式。一拖一自動旁路方式，具備結(jié)構(gòu)框架嚴謹、操作控制便捷、接口配置靈活等優(yōu)點，是目前最受用戶歡迎的一種類型。

1.3 系統(tǒng)原理與配置

（1）高壓輸入輸出部分。

該部分主要負責(zé)完成高壓電對用戶的輸入輸出以及變頻器檢修期間電氣隔離工作。通常情況下，這一部分主要由隔離開關(guān)、真空接觸器、進出線絕緣子三部分組成。部分用戶有特殊需求，會將真空接觸器更換成真空斷路器或手車斷路器。用戶僅需隔離開關(guān)與絕緣子，就能實現(xiàn)手動旁路功能，無需使用斷路器或接觸器便能實現(xiàn)自動控制。

（2）移相隔離部分。

這一部分主要負責(zé)將輸入的三相交流高壓電變轉(zhuǎn)換成多組相位不同的低壓交流電，按照各部分不同需求，輸送至功率柜的各功率單元?？紤]到移相變副邊使用的是多繞組輸送，同時繞組間為隔離狀態(tài)，所以一般通過功率單元輸送各自專屬的移相電源。這種方法最明顯的優(yōu)勢是能夠在使用過程中，提高電網(wǎng)功率因素，最大化降低電網(wǎng)側(cè)的諧波干擾，改善電流波形。

（3）功率變換部分。

這一部分主要負責(zé)接收來自移相變的低壓電，通過三相不控橋式整流電路的處理后，移相變的低壓電會被轉(zhuǎn)化為脈動的直流電，然后經(jīng)過電容器組濾波調(diào)整成直流電壓，被送往H橋式逆變電路中。多個單元模塊在串聯(lián)疊加的情況下，高壓交流電的輸出將達到最高值。為有效降低諧波干擾，一般會使用SPWM技術(shù)對各功率單元輸出加以控制。

（4）控制部分。

控制部分的主要構(gòu)成要素包括兩方面，一是功率單元檢測與保護控制，二是變頻器系統(tǒng)的控制。在功率單元檢測與保護控制版塊中，檢測電路與旁通回路為不可或缺的重要組成部分，會對功率單元電流、電壓等進行檢測，發(fā)揮出過電壓、欠電壓等保護作用。在變頻器控制系統(tǒng)中，上位機、下位機、PLC模塊為主要組成部分，控制單元是這一板塊的核心，是經(jīng)雙DSP組成的數(shù)字信號處理控制系統(tǒng)。在人機操作界面的輔助下，系統(tǒng)將會順利接收到功率單元的狀態(tài)信息，同時系統(tǒng)根據(jù)指令輸出控制信號利用光纖傳遞給各單元。

2 大功率高壓變頻器的應(yīng)用

選取一家生產(chǎn)機械產(chǎn)品的大型工廠為研究對象，該工廠每日生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量粉塵，因此多使用除塵風(fēng)機進行處理。這些風(fēng)機均為三相異步電動機，由于主要使用擋風(fēng)板調(diào)節(jié)風(fēng)門，所以容易形成擋風(fēng)板兩側(cè)風(fēng)壓，導(dǎo)致電能浪費。另外，該風(fēng)機擋風(fēng)板主要通過大力矩電動控制，非常容易發(fā)生故障。

考慮到高壓電機的特點，大慣量風(fēng)機啟動過于頻繁會嚴重影響到高壓電機的使用壽命，所以在本次應(yīng)用過程中，禁止隨意開關(guān)高壓電機。也就是說，當(dāng)電爐無需除塵機清除灰塵時，倘若使用傳統(tǒng)方式，利用調(diào)節(jié)封板減小風(fēng)量則會導(dǎo)致大量電能浪費在擋風(fēng)板上。使用高壓變頻器后，可按照風(fēng)量需求，直接通過高壓變頻器調(diào)節(jié)功率，即可節(jié)約大量電能。

目前電廠電費每度0.5元計算，使用大功率高壓變頻器后，該除塵機每日節(jié)約電能：Qdatar，除塵機每日節(jié)約電費：0.5×3150=1575元。經(jīng)過節(jié)能改造，最終發(fā)現(xiàn)，自大功率高壓變頻器運行以來，在滿足日常工作需求的前提下，有效節(jié)約了電能耗損，延長了風(fēng)機的使用壽命，提高了工廠的生產(chǎn)效益。

參考文獻

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