開發高壓大容量交流變頻器的可行性研究 1
1、前言
我國現有風機、水泵4000萬余臺，用電量占總發電量的30％、55％的風機、水泵可改為調速運行，按節電率20％計算，年節電可達200億kW.h。風機、水泵采用交流變頻器調速運行后，節能效果顯著。有關方面的統計見表1。
近年來，通過國家政策的引導和支持，部分企業對風機、水泵投資進行了節能改造，取得一定的成效，同時也使企業充分認識到采用交流變頻調速技術進行技術改造是降低成術，提高效益的有效途徑，符合企業長遠發展的根本利益。但目前主要在低壓中小容量（380V，315kW以下）設備上應用，而我國大容暈的風機、水泵電壓等級為6kV或10kV。數量多，分布廣泛。如自來水行業的水泵，冶金行業的風機、水泵，石油行業的輸油泵、注水泵，化工行業的風機、壓縮機，電力行業的鍋爐風機、泵，礦山的風機等。對這些高壓大容量的風機水泵設備進行交流變頻調遮技術改造，節能效益將十分顯著。同時，節電的投資成本比發電要低得多（見表2），節電投資只是發電投資的1/10～1/100。在能源曰趨緊張、倡導循環經濟的今天，可見對風機、水泵這類“耗電大戶”進行節能改造是潛力巨大，意義重大，而且見效快，效益好。
國內已有企業對應用交-直-交高壓大容量變器進行了嘗試，并取得了很好的效果，節能在50％以上。因此，開發高壓大容量交流變頻器。是十分必要和非常緊迫的。
2、國外高壓大容量交流變頻技術發展情況
目前，國外能生產高壓大容量交流變頻器的廠家主要有：西門子、CEGELEC、艾倫-布拉德、羅賓康、ROSSHILL等少數幾個公司，主要有以下幾種方案。
（1）高-低-高方式
這是目前應用最多的一種方式，所謂高-低-高方式，就是在通用變頻器（低壓）輸入側前加一個降壓變壓器，在變頻器輸出側后加。個升壓變壓器而構成高址變頻驅動系統，如西門子公司曾采用SCR電流型的SIMOVERTA系列交流變頻器，現在又采用新一代的IGBT電壓型S1MOVERTMasterDrives系列交流變頻器，加上降壓/升壓變壓器組成高壓交流變頻系統。
此種方式的特點是：
·易于實現，因變頻系統的主體采用現成的低壓通用變頻器，電壓據情況可選380～1000VAC，通過降壓/升壓變壓器，即可用于3000～10000VAC電動機的變頻調速驅動。
·輸入變壓器一般采用一繞組變壓器，兩個副邊繞組相差30°電角度，以實現12脈沖工作方式，減少主回路諧波。
·由于變頻器輸出含有高次諧波及直流分量，輸出（升壓）變壓器須特殊設計。
（2）直接高壓方式
此方式即直接對高壓電源進行整流后逆變輸出，無需降壓/升壓變壓器。
其性能特點：
適用于400～1000OHP，2300～7200VAC交流電動機，輸出頻率：2～75Hz，準正弦波輸出。
我國現有風機、水泵4000萬余臺，用電量占總發電量的30％、55％的風機、水泵可改為調速運行，按節電率20％計算，年節電可達200億kW.h。風機、水泵采用交流變頻器調速運行后，節能效果顯著。有關方面的統計見表1。
近年來，通過國家政策的引導和支持，部分企業對風機、水泵投資進行了節能改造，取得一定的成效，同時也使企業充分認識到采用交流變頻調速技術進行技術改造是降低成術，提高效益的有效途徑，符合企業長遠發展的根本利益。但目前主要在低壓中小容量（380V，315kW以下）設備上應用，而我國大容暈的風機、水泵電壓等級為6kV或10kV。數量多，分布廣泛。如自來水行業的水泵，冶金行業的風機、水泵，石油行業的輸油泵、注水泵，化工行業的風機、壓縮機，電力行業的鍋爐風機、泵，礦山的風機等。對這些高壓大容量的風機水泵設備進行交流變頻調遮技術改造，節能效益將十分顯著。同時，節電的投資成本比發電要低得多（見表2），節電投資只是發電投資的1/10～1/100。在能源曰趨緊張、倡導循環經濟的今天，可見對風機、水泵這類“耗電大戶”進行節能改造是潛力巨大，意義重大，而且見效快，效益好。
國內已有企業對應用交-直-交高壓大容量變器進行了嘗試，并取得了很好的效果，節能在50％以上。因此，開發高壓大容量交流變頻器。是十分必要和非常緊迫的。
2、國外高壓大容量交流變頻技術發展情況
目前，國外能生產高壓大容量交流變頻器的廠家主要有：西門子、CEGELEC、艾倫-布拉德、羅賓康、ROSSHILL等少數幾個公司，主要有以下幾種方案。
（1）高-低-高方式
這是目前應用最多的一種方式，所謂高-低-高方式，就是在通用變頻器（低壓）輸入側前加一個降壓變壓器，在變頻器輸出側后加。個升壓變壓器而構成高址變頻驅動系統，如西門子公司曾采用SCR電流型的SIMOVERTA系列交流變頻器，現在又采用新一代的IGBT電壓型S1MOVERTMasterDrives系列交流變頻器，加上降壓/升壓變壓器組成高壓交流變頻系統。
此種方式的特點是：
·易于實現，因變頻系統的主體采用現成的低壓通用變頻器，電壓據情況可選380～1000VAC，通過降壓/升壓變壓器，即可用于3000～10000VAC電動機的變頻調速驅動。
·輸入變壓器一般采用一繞組變壓器，兩個副邊繞組相差30°電角度，以實現12脈沖工作方式，減少主回路諧波。
·由于變頻器輸出含有高次諧波及直流分量，輸出（升壓）變壓器須特殊設計。
（2）直接高壓方式
此方式即直接對高壓電源進行整流后逆變輸出，無需降壓/升壓變壓器。
其性能特點：
適用于400～1000OHP，2300～7200VAC交流電動機，輸出頻率：2～75Hz，準正弦波輸出。
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