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　丹佛斯集Danfoss高壓變頻器工作原理和調(diào)節(jié)方式

　丹佛斯集團(tuán)（Danfoss）：丹佛斯公司1933年成立于丹麥,，如今,，丹佛斯是一家性集團(tuán)公司，是在機(jī)械和電子元器件的研發(fā)、以及住宅舒適,、視頻冷鏈,、節(jié)能和環(huán)保等眾多領(lǐng)域內(nèi)提供生產(chǎn),、銷(xiāo)售和服務(wù)的世界者,。
　　丹佛斯作為丹麥zui大的工業(yè)集團(tuán)，銷(xiāo)售凈額約為20億歐元,，擁有18,000名員工,，其中6,000名集中在丹麥12個(gè)區(qū)。 作為制冷,、供熱和傳動(dòng)控制領(lǐng)域的,，丹佛斯集團(tuán)的主要目標(biāo)是提高生活質(zhì)量，并滿足相關(guān)利益方的需求,。
　　丹佛斯在眾多行業(yè)的研究,、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域都處于地位。在21個(gè)國(guó)家的53家工廠,，每天大約生產(chǎn)250,000個(gè)零部件,。 丹佛斯于1994年進(jìn)入中國(guó)，時(shí)至今日,，丹佛斯中國(guó)在北京,、上海、天津,、廣州,、沈陽(yáng)、成都,、青島,、鞍山和香港等地的工廠、銷(xiāo)售公司和代表處共有員工1800多人,，積極的為國(guó)內(nèi)制冷,、供熱、傳動(dòng)控制領(lǐng)域提供良好的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù),。
　　愿景丹佛斯要在其核心業(yè)務(wù)中力爭(zhēng)成為,。作為一個(gè)極富聲譽(yù)的公司,，我們要以提高*的生活質(zhì)量為目標(biāo)，利用*科學(xué)技術(shù)滿足用戶的需求,，為所有的利益相關(guān)方創(chuàng)造價(jià)值,。
　　（1）市場(chǎng)普遍接受,。如果在5年以前推廣高壓變頻器,，一般還要給用戶講解其原理，為什么要使用它,。但是現(xiàn)在,，經(jīng)過(guò)眾多廠家的共同努力，和市場(chǎng)使用效果的宣傳,，用戶已經(jīng)普遍接受高壓變頻器,，只是在眾多廠家中選擇誰(shuí)的問(wèn)題,。
　?。?）業(yè)績(jī)很重要。高壓變頻器一般功率較大,，都使用在非常關(guān)鍵的部位,。所以用戶對(duì)產(chǎn)品的可靠性是zui關(guān)心的?？疾榭煽啃缘霓k法,，就是去已經(jīng)使用的用戶那里去了解情況，這樣的用戶越多,，說(shuō)服力就越強(qiáng)
　?。?）服務(wù)的重要性不容忽視。高壓變頻器是大功率的電子設(shè)備,，在使用中,，總會(huì)遇到一些問(wèn)題，高壓變頻器工作的場(chǎng)合又非常關(guān)鍵,，因此,，對(duì)用戶的及時(shí)服務(wù)是非常重要的。服務(wù)是維持用戶關(guān)系的非常重要的方面,。如果服務(wù)不到位,，或者像有些國(guó)外廠家，服務(wù)和備件的價(jià)格較高,，都會(huì)影響用戶的選擇,。
　　（4）現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性非常重要,。一般的高壓變頻器開(kāi)發(fā)廠家,，在自己的實(shí)驗(yàn)室里,，都很難*模仿用戶現(xiàn)場(chǎng)的情況，所以,，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性怎么樣,，到了現(xiàn)場(chǎng)遇到問(wèn)題能否盡快解決，都是非常重要的,。由于耗電量大,，負(fù)載又非常重要，用戶往往不希望設(shè)備較長(zhǎng)時(shí)間的試運(yùn)行,，所以,，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)，一旦遇到問(wèn)題,，就非常難以解決,。近年來(lái)，許多廠家的產(chǎn)品裹足不前,，就是這個(gè)原因,。（5）價(jià)格進(jìn)一步下降。由于激烈的競(jìng)爭(zhēng),，以及后來(lái)者為了奪取業(yè)績(jī)而不得已采用的低價(jià)策略,，高壓變頻器的價(jià)格下降很快，在某些項(xiàng)目上,，一些競(jìng)爭(zhēng)廠家報(bào)出的價(jià)格甚至低于成本價(jià),。隨著技術(shù)的進(jìn)步，高壓變頻器除了在已有的市場(chǎng)上繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模外,，還將進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用的領(lǐng)域,，對(duì)于很多負(fù)載，還需要解決變頻器的工程應(yīng)用上的問(wèn)題,?？傊邏鹤冾l器正在迎來(lái)發(fā)展的黃金時(shí)期,。
　　主要采用三種方式：
　?。?）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)；
　?。?）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。
　?。?）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：
　　（1）電流源型,。如圖1,。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?圖1電流源型高壓變頻器
　　（2）功率單元串聯(lián)多電平型,。如圖2,。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,。 圖2功率單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器
　?。?）三電平型。如圖3。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。 圖3三電平型高壓變頻器目前,，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)。二,、高壓變頻器的市場(chǎng)特點(diǎn)
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