摘要：變頻器的正確選用對于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選擇變頻器，首先要根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，合理選擇變頻器電壓等級，在一定的功率范圍內(nèi)（1000Kw以下）盡量選擇低壓變頻器，同時(shí)按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，決定選用何種控制方式和防護(hù)等級的變頻器。
關(guān)鍵詞：變頻器；精度；選型

變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是理想的調(diào)速方案，隨著中國經(jīng)濟(jì)的整體快速發(fā)展，市場對傳動(dòng)產(chǎn)品的要求逐漸提高，變頻器調(diào)速以其自身所具有的調(diào)速范圍廣，調(diào)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多速度控制應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用，它除了具有優(yōu)良的調(diào)速性能之外，還具有顯著的節(jié)能效果，特別是變頻器應(yīng)用在風(fēng)機(jī)和水泵上，該類負(fù)載在國民經(jīng)濟(jì)各部門的應(yīng)用數(shù)量眾多，分布極廣，耗電量巨大，且調(diào)速范圍又有限（一般50%-100%），是一個(gè)很有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域。

以電廠為例，大量的鍋爐輔機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)容量一般較大，定速運(yùn)行時(shí)存在嚴(yán)重電能浪費(fèi)問題。采用大功率變頻器，可以對電廠的鍋爐風(fēng)機(jī)和水泵設(shè)備，如鍋爐鼓風(fēng)機(jī)、鍋爐引風(fēng)機(jī)、鍋爐送水泵、冷凝水泵、沖渣水泵、灰漿泵等進(jìn)行配套或改造，節(jié)電效果非常顯著。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)很高的自動(dòng)化控制，使鍋爐運(yùn)行更加安全可靠，如引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速使?fàn)t膛負(fù)壓更加穩(wěn)定；一次風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速送風(fēng)更加穩(wěn)定，煤的燃燒更加徹底；灰漿泵變頻調(diào)速能夠保護(hù)灰漿泵電機(jī)，防止泵堵塞過載燒毀電機(jī)等。

一、國內(nèi)電廠大功率電機(jī)現(xiàn)狀

國內(nèi)電廠鍋爐輔機(jī)大部分風(fēng)機(jī)和水泵的功率在200kW-2000 kW，按照國內(nèi)慣例，200kW以上的電動(dòng)機(jī)均采用6kV電動(dòng)機(jī)，使得電廠主要輔機(jī)都采用6kV電動(dòng)機(jī)，電力部門從減小線損的角度出發(fā)，希望提高供電電壓，大力推行10kV，用戶從簡化配制的角度出發(fā)，自然希望200Kw以上的電動(dòng)機(jī)和變頻器采用6kV或10kV，這種配置的優(yōu)點(diǎn)是能節(jié)省一臺電動(dòng)機(jī)的購置費(fèi)用和安裝工作量；可以直接加裝變頻器旁路開關(guān)，在變頻器發(fā)生故障時(shí)，可以直接通過旁路開關(guān)切換到6kV或10kV廠用母線上來，不必中斷運(yùn)行。然而選用6kV或10kV“直接”變頻，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度看都不合理。目前所有的“直接”高壓變頻都不是真正的直接變頻，在其輸入側(cè)都有變壓器或者依靠電子器件的串聯(lián)，因此電動(dòng)機(jī)和變頻器沒有必要和電網(wǎng)電壓一致。從經(jīng)濟(jì)角度看一臺560kW高壓變頻器售價(jià)是低壓660V或690V變頻器售價(jià)的一倍多，售價(jià)超過120萬。說明在一定的功率范圍內(nèi)，即使考慮到更換電動(dòng)機(jī)和添加整流變壓器的費(fèi)用，選擇低壓方案也比高壓方案要經(jīng)濟(jì)的多，后期的設(shè)備維護(hù)成本，維修的技術(shù)要求都要求的低。

二、高低壓變頻器結(jié)構(gòu)比較

近年來各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，可是到目前為止，高壓變頻器還沒有像低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)二極管整流電路，一個(gè)中間直流回路，一個(gè)逆變橋組成，逆變橋通常由1.2kV(380V變頻器)，1.７kV（690V變頻器），IGBT組成，每個(gè)橋臂一般只用一個(gè)功率器件。高壓變頻器結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，通過多年的不斷研究一種以北京利德華福為代表的采用多重化技術(shù)制作的高壓變頻器，也就是用小功率器件實(shí)現(xiàn)大功率變換的一種手段。所謂多重化技術(shù)就是每相由幾個(gè)低壓PWM功率單元在其輸出端通過某種方式（如變壓器）串聯(lián)或并聯(lián)組成，各功率單元由一個(gè)多繞組的隔離變壓器供電，由低壓單元串聯(lián)疊加達(dá)到高壓輸出或并聯(lián)達(dá)到大容量輸出的目的。另一種是以成都佳靈為代表的多管直接串聯(lián)的兩電平變換電路高壓變頻器，主要是將功率器件串、并聯(lián)使用，來滿足系統(tǒng)高壓變頻的要求，串、并聯(lián)在一起的各種器件，被當(dāng)作單個(gè)器件使用，利用較為成熟的低壓變頻器的電路拓?fù)淇刂撇呗院涂刂品椒ǎ瑢?shí)現(xiàn)高壓變頻器產(chǎn)品。這樣做的難點(diǎn)是串聯(lián)開關(guān)管需要?jiǎng)討B(tài)均壓和靜態(tài)均壓，對驅(qū)動(dòng)控制電路整體要求較高，還需要解決du/dt，抗共模電壓，正弦波濾波等諸多技術(shù)問題。再一種是以清華大學(xué)電機(jī)系為代表的二極管箝位型三電平變換電路高壓變頻器，目的是克服功率器件直接串聯(lián)時(shí)所需的均壓問題，在多管直接串聯(lián)的基礎(chǔ)上引入了箝位二極管概念，避免器件直接串聯(lián)引起的動(dòng)態(tài)均壓問題。除了上述三種主流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的高壓變頻器外，近年來又出現(xiàn)飛跨電容箝位型三電平變換電路，電容自舉多電平變換電路等多種形式的高壓變頻器，無論何種形式都伴隨著自身的相適應(yīng)的控制方法和理論，任何一種控制方法都較低壓普通二電平變頻器復(fù)雜，伴隨著一系列要解決的難題，像功率器件選型、雜散參數(shù)處理、絕緣、電磁干擾、散熱冷卻、器件的場域分析、能量控制、du/dt和di/dt的影響、暫態(tài)過程控制等問題的解決，這些都是低壓變頻器不曾出現(xiàn)或出現(xiàn)極少的問題，或是低壓變頻器容易解決的問題，因此使用低壓變頻器對系統(tǒng)來說更為可靠、簡單。

三、變頻器選型

變頻器的正確選用對于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選擇變頻器，首先要根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，合理選擇變頻器電壓等級，在一定的功率范圍內(nèi)（1000Kw以下）盡量選擇低壓變頻器，同時(shí)按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，決定選用何種控制方式和防護(hù)等級的變頻器。

3.1 合理選用變頻器電壓等級

目前，變頻器合理的電壓登級是由功率器件承受電壓水平?jīng)Q定的，而某一電壓等級下變頻器可能的功率范圍則由功率器件的承載電流能力決定；受電力電子器件電壓及電機(jī)允許的du/dt限制，10kV變頻器必須多電平，多器件串聯(lián)。造成線路復(fù)雜，價(jià)格昂貴，可靠性差，維護(hù)成本高。對于10kV變頻器若使用1700V IGBT器件，需10串，三相供120支器件；若使用3300V 器件，也需5串供60支器件，數(shù)量巨大，可靠性必將受到影響。另一方面高壓變頻器使用器件一般電流小，器件的電流能力得不到充分利用，以710kW為例，10kV電動(dòng)機(jī)電流僅有50A左右，目前耐壓1700V的IGBT電流已做到2400A，3300V器件電流達(dá)1600A，有大電流器件不用，偏要用大量小電流器件串聯(lián)，其結(jié)構(gòu)極不合理。即使電動(dòng)機(jī)功率達(dá)到2000kW，電流也只有150A左右，仍顯很小。實(shí)際應(yīng)用中為了電平隔離，改善輸入電流波形及減小諧波，大部分高壓變頻器輸入側(cè)都加有輸入變壓器，既然有變壓器，變頻器和電動(dòng)機(jī)的電壓就沒有必要和電網(wǎng)電壓一樣，非用6kV或10kV不可。因此就有了變頻器和電動(dòng)機(jī)的合理電壓等級問題。過去電動(dòng)機(jī)中低壓200kW分界主要考慮電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，起動(dòng)電流5-7倍額定電流，若使用10kV/380V電力變壓器，其容量2000kVA，短路阻抗6%左右考慮，開關(guān)的瞬時(shí)脫扣值就很大了，如要提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的話，變壓器阻抗還希望進(jìn)一步降低；但是阻抗越小，則帶來系統(tǒng)短路電流就會增大，更不利于電器設(shè)備選擇，線路中的開關(guān)的分?jǐn)嗳萘窟€要進(jìn)一步提高，勢必造成選型成本的提高，造價(jià)提升。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)380V母線壓降限制在50%左右的話，就要再加大變壓器容量，短路電流會太大，低壓開關(guān)將難以承受。采用變頻器調(diào)速后，起動(dòng)電流被限制在額定電流值內(nèi)，低壓變頻器容量目前可做的很大，ABB等公司掌握了逆變單元的并聯(lián)輸出技術(shù)，低壓變頻器容量可以做到2900kW，為我們大量選用低壓大功率變頻器提供了可能。在實(shí)踐中我們可以把原來僅起到隔離作用的進(jìn)線變壓器10Kv/6kV或6Kv/6kV，改為6Kv/690V、6Kv/380V的進(jìn)線變壓器，則可獲得690V和380V電源電壓，為大量采用低壓大功率變頻器提供了可能。目前國內(nèi)660V或690V低壓電動(dòng)機(jī)容量已做到1000-1200Kw，使選型更為便捷。