高壓變頻器在大功率電動機中調(diào)速節(jié)能的應(yīng)用

摘要：近些年來，隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置也不斷成熟，高壓問題亦通過單元串聯(lián)或器件串聯(lián)得到了不錯的解決，其應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域越來越廣泛。下面，本文就對高壓變頻器在大功率電動機中調(diào)速節(jié)能的應(yīng)用進行分析，以為其實踐中更好的運用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；大功率電動機；調(diào)速節(jié)能；應(yīng)用；分析

在工業(yè)生產(chǎn)中，電機是主要的耗電設(shè)備，高壓大功率電動機尤其明顯，這些設(shè)備當(dāng)中普遍存在著很大的節(jié)能潛能，這亦決定了新時期大力發(fā)展高壓大功率變頻技術(shù)應(yīng)用的迫切性和必要性。近些年的實踐中表明，應(yīng)用高壓大功率變頻系統(tǒng)具有可靠性強、經(jīng)濟效益好的特點，變頻調(diào)速以其啟動和制動性能、優(yōu)異的調(diào)速、高功率因數(shù)、高效率、廣泛的使用及良好的節(jié)能效果等優(yōu)勢而被公認(rèn)為最具發(fā)展前途的調(diào)速方式，是調(diào)速技術(shù)未來發(fā)展的方向。那么在這一技術(shù)當(dāng)中，高壓變頻器是如何在大功率電動機的應(yīng)用中發(fā)揮調(diào)速節(jié)能作用的，這即是本文所要闡述的重點內(nèi)容。

一、傳統(tǒng)調(diào)節(jié)控制和變頻器調(diào)速

1.傳統(tǒng)調(diào)節(jié)控制的缺陷

傳統(tǒng)調(diào)節(jié)控制方式存在著一些缺陷，限制著其在運行中作用的發(fā)揮，主要包括以下幾個方面：第一，經(jīng)濟效益差、耗能大。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)控制通常通過擋板調(diào)節(jié)的形式來實現(xiàn)，這使得在擋板的截留過程當(dāng)中大量的能量被消耗掉；第二，介質(zhì)對于管道和擋板閥門的沖擊力較大，導(dǎo)致設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞；第三，擋板的動作比較遲緩，手動程序中人員操作有一定難度，易造成電動機的震動。第四，在直接啟動時，大功率電動機的電流通常會達到其額定電流的7倍左右，對電網(wǎng)會造成較大的沖擊，電動機溫度快速升高，并且沖擊轉(zhuǎn)矩的高強度也使得電動機的使用壽命受到不利影響。

2.變頻調(diào)速的優(yōu)勢

變頻調(diào)速具有高效節(jié)能和良好調(diào)速兩個顯著優(yōu)勢。第一，高效的節(jié)能效果，帶來顯著的技能效益。變頻器節(jié)約電能有時可高達70%，節(jié)約環(huán)節(jié)主要包括：可實現(xiàn)軟啟動，電動機啟動時的電流在電動機額定電流之下，對機械負(fù)載和電網(wǎng)的沖擊力大大減小，且延長了電動機的壽命；較高的功率因數(shù)，且對于電動機來講，效果更為明顯；節(jié)省了設(shè)計冗余，變頻器將這部分冗余很好的節(jié)省下來。第二，良好的調(diào)速效果，變頻器以功能強、精度高、轉(zhuǎn)矩大、操作簡便、可靠性強等優(yōu)勢，更容易構(gòu)成閉環(huán)控制，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，且動態(tài)影響快，線性度好，從而保障電動機在更為經(jīng)濟的情況下穩(wěn)定安全地運行。第三，電動機的噪聲一般與采用工頻電源時候的噪聲頻率較為接近，因為轉(zhuǎn)矩脈沖低，所以才不會發(fā)生所謂的共振現(xiàn)象，機械一旦發(fā)生共振，其危害程度也是比較大的。第四，完善的故障自我診斷功能也是其優(yōu)勢之一，因為他能夠通過內(nèi)部裝置對于各種故障發(fā)出準(zhǔn)確的判斷和報警，令外界可以知道出現(xiàn)了重大的問題，在此基礎(chǔ)上進行的維修也是比較及時到位的；第五，具有彩色液晶屏的全中文操作界面，圖形顯示，人機界面友好。可以實現(xiàn)本地、遠程操作自由選擇。第六，可以實現(xiàn)觸摸屏、數(shù)字鍵盤、模擬電位器、遠程DCs等多種設(shè)定方式，適應(yīng)各種用戶需求。第九，具有與用戶隔離的開關(guān)模擬輸入輸出接VI，確保了與用戶現(xiàn)有設(shè)備的可靠連接。

二、大功率電動機中高壓變頻器調(diào)速節(jié)能的應(yīng)用

高壓大功率變頻調(diào)速的裝置一般而言就是一種電壓源型的，這種電壓源型的裝置大多使用串聯(lián)的形態(tài)，而且一般是多重疊加狀態(tài)的，這也就是帶來了價位穩(wěn)定的電壓，而且采用多臺單相逆變器串聯(lián)連接，得到可調(diào)頻調(diào)壓的高壓交流電，用以驅(qū)動交流電機。每臺單相逆變器為典型的單相三電平橋式逆變器，它由輸入變壓器的一個副邊繞組供電，經(jīng)整流、濾波后的直流電壓供給單相橋式逆變線路，采用專門的PWM控制技術(shù)將直流電逆變?yōu)?-50Hz、0-557V的可調(diào)頻調(diào)壓的單相交流電。6kV變頻器每組由6臺單相逆變器串聯(lián)可得No～3462V高壓交流電。三個相組成三相輸出，線電壓為6kV。

在多重疊加時，每臺逆變器中PWM的三角波有均勻的相位位移，因而疊加時有用的基波直接疊加，而高次諧波互相抵消，大大減少了輸出電壓中的諧波含量，輸出波形十分接近理想的正弦波。高壓變頻器的調(diào)速裝置是多重串聯(lián)疊加拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種高壓變頻器，被用于大功率交流電動機的驅(qū)動。高壓變頻器中，每一臺單向的逆變器均為典型的三電平橋式單相逆變器，由變壓器進行繞組供電的輸入，將變流通過整流和濾波程序轉(zhuǎn)化為直流電壓，再向橋式單相逆變線路實施攻供給。高壓變頻器，利用自身專門的控制技術(shù)將直流電逆變成可調(diào)壓、跳頻的單向交流電。在多重疊加的情況時，每一臺逆變器中的三角波均會產(chǎn)生均勻的相位移，有用的基位疊加在一起，而高次的諧波則得到了相互的抵消，這使得輸出電壓諧波的含量大大地減小，且輸出的波形同理想的正弦波十分接近。高壓變頻器的功率單位采用的是模塊化的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部全部的功率單元均可以彼此互換，維修也十分的方便。由于功率單元采用的是串聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，故可在功率單元的旁路設(shè)置選件，當(dāng)功率單元發(fā)生故障時，就可將故障轉(zhuǎn)至故障單元的自動旁路，變頻器仍可正常運行，進而保證了系統(tǒng)可靠的運行。

變頻器在工控系統(tǒng)中較為重要，是其中非常重要的組成設(shè)備，在安裝時，一般是安裝在點擊前端用來實現(xiàn)變頻器的調(diào)速和節(jié)能的，這些節(jié)能和調(diào)速的實現(xiàn)，對于機械組的使用是有著較為重要的價值的。高壓變頻器后端主要拖動風(fēng)機、水泵類負(fù)載，實際節(jié)電效果達30%~60%，未來該行業(yè)市場發(fā)展將受益于大中型項目改造；低壓變頻器與控制層和執(zhí)行層設(shè)備共同組成自動化控制系統(tǒng)，其未來發(fā)展將受益于制造業(yè)“裝備升級”。變頻技術(shù)最先用來對電機進行無級調(diào)速，通過控制半導(dǎo)體器件的通斷改變輸出頻率，以實現(xiàn)對后端拖動交流電機的軟啟動、變頻調(diào)速及提高運轉(zhuǎn)精度，并實現(xiàn)過流、過壓、過載保護。從電壓分類上，一般把針對3kV~10kV高壓環(huán)境下運行的電動機而開發(fā)的變頻器稱為高壓變頻器，而將輸入電壓不高于690V的稱為低壓變頻器。目前我國高壓變頻器在電力、冶金、水泥領(lǐng)域應(yīng)用較多，合計占比超過50%；低壓變頻器應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，涉及工業(yè)生產(chǎn)、石油煤炭、市政交通等多個行業(yè)。高壓變頻下游細分市場組成。

總論

高壓變頻器在大功率電動機中調(diào)速節(jié)能的應(yīng)用，給大功率電動機的運行帶來了新的生機，其高效的節(jié)能效果和上佳的調(diào)速效果，即滿足了節(jié)約能源的要求，也滿足了自身運行配置的需要，高壓變頻器的應(yīng)用將是未來大功率電動機調(diào)速的方向，促進了電動機領(lǐng)域的長足發(fā)展。

參考文獻：

[1]王希蘭.調(diào)速技術(shù)在高壓電動機節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].純堿工業(yè).2008(4)

[2]吳佳林.高壓變頻器原理及應(yīng)用[J].電工文摘.2009(1)

[3]馮葉亮.高壓變頻器在大功率電動機上的調(diào)速節(jié)能應(yīng)用[J].電氣節(jié)能.2009(10)