高壓變頻器的選型原則

　　隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。那么要想在測量過程中減少誤差的出現(xiàn)，高壓變頻器的選型需要把握哪些原則呢？

　　1、電壓等級

　　我國高壓電機常用電壓等級為6kV和10kV，另有少量3kV等級的高壓電機。絕大部分的高壓變頻器輸入都有一個隔離變壓器，所以變頻器輸入電壓通常能滿足不同電網(wǎng)電壓等級的要求。變頻器的輸出電壓等級選擇通常按照技改項目和新建項目有不同的選擇原則。對于技改項目，本來電機工頻運行，由于通常不會更換電機，加裝變頻器后，要求變頻器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓一致，通常為6kV或10kV。

　　對于新建項目，如果不需要工頻旁路，電機電壓可以配合變頻器進行優(yōu)化，如對于中小功率可選擇2.3kV或3kV輸出電壓等級，以降低成本。如果需要工頻旁路，建議變頻器輸出電壓等級和電網(wǎng)電壓一致，否則旁路比較復(fù)雜。

　　2、電壓源型和電流源型

　　目前絕大部分的高壓變頻器均屬于交直交型變頻器，按中間直流環(huán)節(jié)所用儲能元件的不同，可分為電壓源型和電流源型。

　　目前主要的電流源型變頻器為SGCT-PWM電流源型變頻器。電流源型變頻器的優(yōu)點是能量可以回饋電網(wǎng)，可以實現(xiàn)四象限運行。電源側(cè)常采用三相橋式晶閘管整流電路，輸入電流的諧波較大，為了降低諧波成分，可采取多重化，有時還必須加輸入濾波裝置。輸入功率因數(shù)一般較低，通常要附加功率因數(shù)補償裝置。由于不像電壓源變頻器，在直流環(huán)節(jié)的大濾波電容能存儲較大的能量，電流源變頻器對電網(wǎng)電壓波動較為敏感，電網(wǎng)電壓波動較大時容易停機，是個比較大的缺點。

　　若整流電路也采用SGCT做電流PWM控制，可以得到較低的輸入電流諧波和較高的輸入功率因數(shù)，并且可省去輸入隔離變壓器。但PWM整流會導(dǎo)致變頻器效率有一定程度下降。

　　電壓源變頻器目前主要有三電平高壓變頻器(采用IGBT或IGCT作為功率器件)和單元串聯(lián)多電平高壓變頻器。電壓源型高壓變頻器由于采用二極管不可控整流，輸入功率因數(shù)相對較高，且不易受電網(wǎng)電壓波動的影響，在電網(wǎng)條件比較差的應(yīng)用場合，明顯比電流源型變頻器穩(wěn)定。三電平變頻器的最高電壓通常不超過4.16kV,單元串聯(lián)多電平變頻器的輸出電壓可達到10kV。

　　3、V/F控制和無速度傳感器矢量控制

　　無速度傳感器矢量控制技術(shù)能在基本不增加硬件成本的情況下，大大提高變頻器的性能，拓展變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域。即使用在風(fēng)機水泵等穩(wěn)態(tài)和動態(tài)要求相對較低的負載場合，無速度傳感器矢量控制具有的轉(zhuǎn)矩限幅、快速轉(zhuǎn)速跟蹤再起動等功能有效地防止加速過程的過電流跳機和減速過程中的過電壓跳機和其它不正常的停機現(xiàn)象，對于保證變頻器的可靠運行有非常重要的意義，越來越受到用戶的認可。

　　4、對電網(wǎng)諧波污染和輸入功率因數(shù)

　　對電網(wǎng)的諧波污染主要取決于整流電路的結(jié)構(gòu)和特性。減少電網(wǎng)諧波污染的主要方式有兩種：多重化整流和PWM整流。單元串聯(lián)多電平高壓變頻器通常整流脈沖數(shù)較多，對電網(wǎng)諧波污染較小。為了減少對電網(wǎng)的諧波污染，電流源型變頻器通常采用18脈沖整流。三電平電壓源型變頻器至少需要12脈沖以上，要求高時可采用24脈沖。

　　電壓源型高壓變頻器由于采用二極管不可控整流，在整個運行范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)，基波功率因數(shù)一般可保持在0.95以上，一般也不必設(shè)置功率因數(shù)補償裝置。電流源型變頻器采用晶閘管整流時，由于晶閘管觸發(fā)角導(dǎo)致的電流滯后，功率因數(shù)較低，且會隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低，往往需要功率因數(shù)補償裝置。

　　PWM整流能有效減少諧波，功率因數(shù)可調(diào)，且能量可雙向流動。缺點是成本增加，效率下降。

　　5、輸出波形及對電機適用性

　　輸出諧波對電機的影響主要有：引起電機附加發(fā)熱，導(dǎo)致電機的額外溫升，電機往往要降額使用，諧波還會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動，噪音增加。dv/dt和共模電壓會影響電機絕緣。

　　普通的二電平和三電平PWM電壓源型變頻器由于輸出電壓跳變臺階較大，相電壓的跳變分別達到直流母線電壓和直流母線電壓的一半，會產(chǎn)生較大的dv/dt。較大的dv/dt會影響電機的絕緣。所以這種變頻器一般需要特殊設(shè)計的電機，電機絕緣必須加強。如果要使用普通電機，必須附加輸出dv/dt濾波器。

　　單元串聯(lián)多電平高壓變頻器由于輸出電壓臺階多、等效開關(guān)頻率高，輸出波形得到極大改善。輸出諧波、噪聲、dv/dt和轉(zhuǎn)矩脈動均很小。所以這種變頻器不加濾波器就可用于任何普通的高壓電機,且不必降額使用。

　　當(dāng)沒有輸入變壓器時，共模電壓會直接施加到電機上，增加繞組對地的絕緣應(yīng)力，引起絕緣擊穿，影響電機的使用壽命(也有采用共模電抗器方案，一定程度上減緩共模電壓的影響)。如果設(shè)置輸入變壓器，則共模電壓由輸入變壓器和電機共同來承擔(dān)，且主要由輸入變壓器承擔(dān)。

　　6、節(jié)電率

　　通常而言，某個設(shè)備，如風(fēng)機或水泵，應(yīng)用變頻器后節(jié)電率和變頻器本身關(guān)系不大，主要由改造前變頻器的運行工況決定。如原來擋板、閥門的開度等。不同的變頻器效率上可能有些差異，但對整體節(jié)能率的影響微乎其微。

　　7、國產(chǎn)品牌和進口品牌

　　早期我國市場上的高壓變頻器主要采用羅賓康、Rockwell等進口品牌?，F(xiàn)在，隨著國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)的迅速發(fā)展，國產(chǎn)主流高壓變頻器在功能、可靠性等方面已經(jīng)達到國際水平，在成本和服務(wù)方面則占據(jù)很大優(yōu)勢。

　　目前國產(chǎn)高壓變頻器占有率超過60%。在大容量(5000kW以上)和高性能應(yīng)用(軋機、提升等應(yīng)用)及水冷變頻器方面，目前國外著名品牌還占有較大的優(yōu)勢，在中小功率的常規(guī)應(yīng)用(風(fēng)機、水泵)方面，國產(chǎn)高壓變頻器已能完全滿足用戶要求。