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變頻器的技術(shù)分析
高壓變頻器自上個(gè)世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始在國(guó)內(nèi)推廣，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展,，今天已經(jīng)普遍為市場(chǎng)所接受,，估計(jì)今年的市場(chǎng)容量在10億到20億元人民幣之間。
一,、高壓變頻器的產(chǎn)品和技術(shù)特點(diǎn)
上世紀(jì)八十年代到九十年代初,，高壓電機(jī)要實(shí)現(xiàn)調(diào)速，主要采用三種方式：
（1）液力耦合器方式,。即在電機(jī)和負(fù)載之間串入一個(gè)液力耦合裝置,，通過(guò)液面的高低調(diào)節(jié)電機(jī)和負(fù)載之間耦合力的大小,，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的速度調(diào)節(jié)；
（2）串級(jí)調(diào)速,。串級(jí)調(diào)速必須采用繞線式異步電動(dòng)機(jī),，將轉(zhuǎn)子繞組的一部分能量通過(guò)整流、逆變?cè)偎突氐诫娋W(wǎng),，這樣相當(dāng)于調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)子的內(nèi)阻,，從而改變了電動(dòng)機(jī)的滑差；由于轉(zhuǎn)子的電壓和電網(wǎng)的電壓一般不相等,，所以向電網(wǎng)逆變需要一臺(tái)變壓器,，為了節(jié)省這臺(tái)變壓器，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用中普遍采用內(nèi)饋電機(jī)的形式,，即在定子上再做一個(gè)三相的輔助繞組，專(zhuān)門(mén)接受轉(zhuǎn)子的反饋能量,，輔助繞組也參與做功,，這樣主繞組從電網(wǎng)吸收的能量就會(huì)減少，達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的,。
（3）高低方式,。由于當(dāng)時(shí)高壓變頻技術(shù)沒(méi)有解決，就采用一臺(tái)變壓器,，先把電網(wǎng)電壓降低,，然后采用一臺(tái)低壓的變頻器實(shí)現(xiàn)變頻；對(duì)于電機(jī),，則有兩種辦法,，一種辦法是采用低壓電機(jī)；另一種辦法,，則是繼續(xù)采用原來(lái)的高壓電機(jī),，需要在變頻器和電機(jī)之間增加一臺(tái)升壓變壓器。
上述三種方式,，發(fā)展到目前都是比較成熟的技術(shù),。液力耦合器和串級(jí)調(diào)速的調(diào)速精度都比較差，調(diào)速范圍較小,，維護(hù)工作量大,，液力耦合器的效率相比變頻調(diào)速還有一定的差距，所以這兩項(xiàng)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)不強(qiáng)了,。至于高低方式,，能夠達(dá)到比較好的調(diào)*果，但是相比真正的高壓變頻器,，還有如下缺點(diǎn)：效率低,，諧波大,，對(duì)電機(jī)的要求比較嚴(yán)格，功率較大時(shí)（500KW以上）,，可靠性較低,。高低方式的主要優(yōu)勢(shì)在于成本較低。
目前,，主流的高壓變頻器產(chǎn)品主要有三種類(lèi)型：
?。?） 電流源型。
電流源型逆變部分采用SGCT直接串聯(lián)解決耐壓?jiǎn)栴},，直流部分用電抗器儲(chǔ)存能量,，目前的技術(shù)水平可以做到7.2KV輸出電壓，所以適應(yīng)國(guó)內(nèi)大部分電壓為6KV這一現(xiàn)狀,。電流源型變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)比較低,，電抗器的發(fā)熱量較大，效率比電壓源型變頻器低,，由于采用電流控制,，輸出濾波器的設(shè)計(jì)比較麻煩，而兩電平變頻器的共模電壓和諧波,、dv/dt問(wèn)題較突出,，所以對(duì)電機(jī)的要求較高。雖然電流源型變頻器有可回饋能量的優(yōu)點(diǎn),，但是需要回饋能量的負(fù)載畢竟不是太多,，尤其是通用型的變頻器，所以電流源型變頻器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力已經(jīng)逐漸變?nèi)酢?br /> ?。?） 功率單元串聯(lián)多電平型,。
此變頻器采用多個(gè)低壓的功率單元串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓，輸入側(cè)的降壓變壓器采用移相方式,，可有效消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染,，輸出側(cè)采用多電平正弦PWM技術(shù)，可適用于任何電壓的普通電機(jī),，另外,，在某個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)退出系統(tǒng),，而其余的功率單元可繼續(xù)保持電機(jī)的運(yùn)行,，減少停機(jī)時(shí)造成的損失。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),，可迅速替換故障模塊,。由此可見(jiàn)，單元串聯(lián)多電平型變頻器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是很明顯的,。
（3） 三電平型,。
三電平型變頻器采用鉗位電路,，解決了兩只功率器件的串聯(lián)的問(wèn)題，并使相電壓輸出具有三個(gè)電平,。三電平逆變器的主回路結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)少,，雖然為電壓源型結(jié)構(gòu)，但易于實(shí)現(xiàn)能量回饋,。三電平變頻器在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)遇到的zui大難題是電壓?jiǎn)栴},，其zui大輸出電壓達(dá)不到6KV，所以往往需要用變通的方法,，要么改變電機(jī)的電壓,，要么在輸出側(cè)加升壓變壓器。這一弱點(diǎn)限制了它的應(yīng)用,。
目前,，雖然有人提出了其他不同的高壓變頻器解決方案，但大都不具有明顯的可行性,，或者說(shuō)不具有將上述三種主流變頻器結(jié)構(gòu)取而代之的潛力,。隨著高壓變頻器成本的進(jìn)一步降低，在中等功率市場(chǎng),，高低型變頻器將會(huì)退出競(jìng)爭(zhēng)，而只關(guān)注于較小功率的場(chǎng)合,。對(duì)于單元串聯(lián)多電平型變頻器,，主要缺點(diǎn)是變流環(huán)節(jié)復(fù)雜，功率元器件數(shù)目多,，體積略大一些,，但是，在其他的方式不能解決國(guó)內(nèi)應(yīng)用的需要,，高壓器件應(yīng)用的可靠性還不是太高的情況下,，其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在zui近的一段時(shí)期內(nèi)，可能還是無(wú)法替代的,。三電平型變頻器由于輸出電壓不高的問(wèn)題,，主要的應(yīng)用范圍應(yīng)該是在一些特種領(lǐng)域，如軋鋼機(jī),、輪船驅(qū)動(dòng),、機(jī)車(chē)牽引、提升機(jī)等等,，這些領(lǐng)域的電機(jī)都是特殊定制的,，電壓可以不是標(biāo)準(zhǔn)電壓。在一定的功率水平,，三電平型變頻器取代傳統(tǒng)的交交變頻器是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),。三電平變頻器的更大發(fā)展有待于更高耐壓的功率器件的出現(xiàn)和現(xiàn)有產(chǎn)品可靠性的進(jìn)一步提高,。在超大功率場(chǎng)合，即大約8000KW以上的功率,，用可控硅構(gòu)成的LCI（負(fù)載換流逆變器）電流源型變頻器仍舊是主角,。由于上述的技術(shù)特征，通用型高壓變頻器目前是單元串聯(lián)多電平型變頻器占多數(shù),，約7成以上,。目前國(guó)內(nèi)以利德華福為代表的高壓變頻器廠家有不下二十家，基本都采用這種電路結(jié)構(gòu),。
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