高壓變頻器在水泥廠的應(yīng)用
前言
回顧我國水泥工業(yè)的發(fā)展歷史，逐漸從規(guī)模小、技術(shù)落后、資源浪費(fèi)型工業(yè)向集團(tuán)規(guī)?；?、計(jì)算機(jī)集中控制、節(jié)能增效型現(xiàn)代化管理企業(yè)轉(zhuǎn)變。伴隨著這種轉(zhuǎn)變，不論從宏觀方面處于國家政策大力提倡推行的節(jié)能大趨勢下出發(fā)，還是從企業(yè)本身的降低電耗成本增加產(chǎn)品競爭力的需求出發(fā)，節(jié)能已成為目前水泥工廠設(shè)計(jì)和建設(shè)中不可缺少的環(huán)節(jié)。在水泥生產(chǎn)過程中，電能消耗非常大，電費(fèi)在水泥生產(chǎn)成本中占了很大的比例。在水泥廠的工藝設(shè)備配置中，生料制備和熟料燒成段風(fēng)機(jī)功率約占設(shè)備總功率的40％左右。所以風(fēng)機(jī)的電耗直接影響到水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。能否控制好風(fēng)機(jī)的電耗，特別是大型風(fēng)機(jī)的電耗，對降低水泥生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是至關(guān)重要的。實(shí)踐證明，采用變頻器控制風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量，能達(dá)到顯著的節(jié)能效果。
目前新建的新型干法生產(chǎn)線，規(guī)模大、技術(shù)要求高、投資較大，因而生產(chǎn)線上高溫風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、廢氣風(fēng)機(jī)通常為大功率高壓電機(jī)，高壓變頻器的應(yīng)用不可避免地越來越多。那么在實(shí)際應(yīng)用中，如何根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇?在方案制定及施工圖設(shè)計(jì)時(shí)需要注意什么問題?以下就結(jié)合高壓變頻器的節(jié)能原理、類別及應(yīng)用方式對以上問題進(jìn)行探討。
1高壓變頻器的節(jié)能原理
所謂的“節(jié)能”，不僅僅是節(jié)省能耗，還包括不浪費(fèi)能源，用一句最簡單的話說就是：“你需要多少，我就給你提供多少!”。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率lP具有如下關(guān)系Q∝n H∝n2 P∝n3。即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往利用調(diào)節(jié)高溫風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量。而隨著轉(zhuǎn)速的降低，風(fēng)機(jī)在維持效率不變（風(fēng)阻不變?yōu)榍疤幔┑臓顟B(tài)下，軸功率以轉(zhuǎn)速的立方關(guān)系下降，電機(jī)消耗的電能急劇減小。例如風(fēng)量下降到80％，轉(zhuǎn)速也下降到80％時(shí)，其軸功率則下降到額定功率的5 1％；若風(fēng)量下降到50％，軸功率將下降到額定功率的13％，其節(jié)電潛力非常大。而采用進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)量下降導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率降低和風(fēng)壓的升高，運(yùn)行工況偏離額定工況越遠(yuǎn)效率越低。因此，風(fēng)量雖然下降了，但風(fēng)機(jī)軸功率及電機(jī)消耗的電能變化并不大，這就是風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能依據(jù)。
而在風(fēng)機(jī)調(diào)速的的方法上，目前使用較多的還有液力偶合器調(diào)速及液體電阻調(diào)速。液力偶合器是一種以液體（多數(shù)是油）為工作介質(zhì)，利用液體傳遞能量的傳動(dòng)裝置。通過改變液力偶合器工作腔內(nèi)液體的充滿度，就可以改變液力偶合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，使液力偶合器電機(jī)端和風(fēng)機(jī)端的轉(zhuǎn)速不一致，從而在電動(dòng)機(jī)速度不改變的條件下對風(fēng)機(jī)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。由于液力偶合器在調(diào)節(jié)過程中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率損耗、容積損耗、機(jī)械損耗，這些損耗所產(chǎn)生的熱量需要大量冷卻介質(zhì)來冷卻，而液力偶合器傳動(dòng)效率等于轉(zhuǎn)速比，速度越低，液力偶合器效率越低。所以液力偶合器節(jié)能效果不太理想。它主要有以下一些不足：效率低、損耗大、調(diào)速精度低、速度響應(yīng)慢、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、滑差大、有時(shí)丟轉(zhuǎn)、需配備相應(yīng)的油系統(tǒng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)、可靠性低。
而液體電阻調(diào)速器是通過調(diào)整液體電阻中兩極板間的距離，來改變串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的電阻，從而改變轉(zhuǎn)差率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈串入不同電阻后，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率不同。電阻越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低；電阻為零，電機(jī)達(dá)到全速，這就是液體電阻啟動(dòng)調(diào)速器的基本原理。由于液體電阻調(diào)速器在調(diào)節(jié)過程中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率損耗、電阻通電所產(chǎn)生的熱耗，所以液體調(diào)速器節(jié)能效果也不太理想。它的缺點(diǎn)主要是：調(diào)速范圍小，最大為2：1；由于通過檢測實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值比較來升降極板，在實(shí)際運(yùn)用中，調(diào)速精度低、速度響應(yīng)慢、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、易受溫度影響；并且在調(diào)速過程中，電解液中流過轉(zhuǎn)子電流會(huì)產(chǎn)生大量熱量，需使用循環(huán)水進(jìn)行冷卻；采用繞線型電機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量大，需增加轉(zhuǎn)子電纜接線。
而交流變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高，沒有調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速的范圍大、精度高、無級調(diào)速，并且實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，延長電機(jī)使用壽命，減小啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊。使用結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、維護(hù)方便的鼠籠式電動(dòng)機(jī)，又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果，是風(fēng)機(jī)節(jié)能的較理想的方法。
2高壓變頻器的類別
比較實(shí)用并已產(chǎn)品化的高壓變頻器，按其主接線可分為“交一交”變頻和“交一直一交”變頻兩大類，在“交一直一交”變頻領(lǐng)域中較有代表的主流產(chǎn)品按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，主要可分為電流源型、三電平電壓源型、單元串聯(lián)多電平電壓源型。
2．1“交一交”變頻器
“交一交”變頻器是采用晶閘管實(shí)現(xiàn)無直流環(huán)節(jié)的直接由交流到交流的變頻器，也叫做周波換流器。當(dāng)電壓在3 kV以下時(shí)，每相要用12只晶閘管，三相共36只；當(dāng)電壓超過3 kV時(shí)，晶閘管必須串聯(lián)使用，所用的晶閘管要成倍增加。其優(yōu)點(diǎn)是可用于驅(qū)動(dòng)同步和異步電機(jī)；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和保持轉(zhuǎn)矩大；動(dòng)態(tài)過載能力強(qiáng)；可四象限運(yùn)行；電機(jī)功率因數(shù)可為COSφ=1；極佳的低速性能；弱磁工作范圍廣；轉(zhuǎn)矩質(zhì)量高；效率高。其缺點(diǎn)是功率因數(shù)與速度有關(guān)，低速時(shí)功率因數(shù)低；最大輸出頻率為電源頻率的1／n（n=2，3，…．）；最大轉(zhuǎn)速<500 r／min；網(wǎng)側(cè)諧波大，此類變頻器適用于軋鋼機(jī)、船舶主傳動(dòng)和礦石粉碎機(jī)等低速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，不適合在水泥廠應(yīng)用。
2．2 GTO（SGCT）電流源型變頻器
采用自關(guān)斷器件GOT（SGCT）的電流源型變頻器，直流電路有大電感，可起到保護(hù)開關(guān)器件的作用?？捎糜诋惒诫姍C(jī)的調(diào)速，其功率范圍可達(dá)1．5～10 Mw，電壓范圍可達(dá)1．5～6 kV，輸出頻率可達(dá)220 Hz。電壓超過3 kV時(shí)，功率器件需要串聯(lián)。其優(yōu)點(diǎn)是采用合適的：PWM脈沖形式時(shí)可得到很低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；輸出頻率高，可達(dá)220 Hz；電機(jī)的損耗?。豢伤南笙捱\(yùn)行；動(dòng)態(tài)性能高；可實(shí)現(xiàn)無熔斷器設(shè)計(jì)，可靠性高；對電機(jī)絕緣無損害，電纜長度無限制。其缺點(diǎn)是不宜弱磁運(yùn)行；功率因數(shù)與速度有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)側(cè)采用晶閘管整流時(shí)，輸入電流諧波大，需加多相隔離變壓器，采用18脈沖整流以減少網(wǎng)側(cè)諧波，但如果在網(wǎng)側(cè)采用PWM整流器，不僅能滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)而且可取消隔離變壓器。此類變頻器適用于水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等，代表產(chǎn)品為美國羅克韋爾（AB）公司生產(chǎn)的功率器件串聯(lián)電流源型變頻器。
2．3三電平電壓源型變頻器
采用高壓HV_IGBT或IGCT的三電平電壓源型變頻器，功率范圍可達(dá)9 100kVA，電壓范圍可達(dá)6600V，輸出頻率可達(dá)150 Hz。其優(yōu)點(diǎn)是效率高，輸出頻率高；動(dòng)態(tài)性能好，過載能力強(qiáng)；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，電機(jī)噪聲??；網(wǎng)側(cè)配置多樣化，可實(shí)現(xiàn)12、18或24脈沖整流，以減少網(wǎng)側(cè)諧波；對電機(jī)絕緣無影響，輸出電纜長度無限制；與基波一致的功率因數(shù)；高可靠的無熔斷器設(shè)計(jì)。其缺點(diǎn)是不可控二級管整流器，單象限運(yùn)行，要四象限運(yùn)行需采取額外的措施；如果采用GTO或IGCT器件，需要復(fù)雜的緩沖電路及門極觸發(fā)電路；直流環(huán)節(jié)需扼流圈，并需要輸出濾波器。此類變頻器適用于風(fēng)機(jī)、水泵、傳送帶、礦石粉碎機(jī)、軋機(jī)、擠壓機(jī)、窯傳動(dòng)等，代表產(chǎn)品為歐洲ABB、西門子公司的三電平電壓源型變頻器。
2．4單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器
采用低壓LV—IGBT的單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器其功率范圍可達(dá)3～220 MW，電壓范圍可達(dá)10 kV。其優(yōu)點(diǎn)是極低的輸出諧波含量，在無輸出濾波器的情況下，可使I-ID<0．3％，堪稱“完善無諧波”變頻器；極低的轉(zhuǎn)矩紋波和電機(jī)噪聲；功率因數(shù)可達(dá)0．95；對電機(jī)絕緣無損害，電纜長度無限制；便于冗余設(shè)計(jì)。其缺點(diǎn)是只能單象限運(yùn)行；不能進(jìn)行旁路切換；不能實(shí)現(xiàn)無熔斷器設(shè)計(jì)；體積大，笨重；元器件非常多，因而可靠性差；電容器多，易發(fā)生漏電問題；功率節(jié)點(diǎn)多，增加連接難題；多電平結(jié)構(gòu)的變壓器必須和變頻器集成在一起，使電氣室的空間和散熱成為問題；考慮空間要求時(shí)，大容量裝置只能采用水冷方式。此類變頻器適用于風(fēng)機(jī)、水泵，代表產(chǎn)品為美國羅賓康公司利用低壓IGBT生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平變頻器。
3高壓變頻器的應(yīng)用方式
高壓變頻器在水泥廠的應(yīng)用中通常采用“交一直一交”變頻方式，而“交一直一交”變頻又可分為“高一低一高”方式及“高一高”方式?！案咭坏鸵桓摺狈绞剑鋵?shí)質(zhì)上還是低壓變頻，只不過是從電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)兩端來看是高壓。該方式是中壓變頻技術(shù)發(fā)展中的一種由低壓變頻向中壓變頻過渡的方式。因其存在著中間低壓環(huán)節(jié)需要增加變壓器、無功補(bǔ)償器、諧波濾波器，控制復(fù)雜，可靠性較低，檢修比較困難，設(shè)備占地面積和體積較大，系統(tǒng)的整體效率較低，設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用和故障均會(huì)相應(yīng)提高，目前已處于逐步淘汰的階段。而隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是新的大功率可關(guān)斷器件的研制成功，直接高壓變頻即“高一高”方式，因沒有中間的低壓環(huán)節(jié)，所以效率高、主回路簡單、工作可靠，是目前高壓變頻應(yīng)用的主流。
3．1“高低一高”變頻調(diào)速系統(tǒng)
此種調(diào)速控制方案是將高壓通過降壓變壓器，使變頻器的輸入電壓降低，這樣可以采用各大公司一般的交流變頻器，然后將變頻器的輸出電壓通過升壓變壓器提高到6 kV以滿足交流電動(dòng)機(jī)的電壓要求，但此方案存在著以下問題：
（1）“高一低一高”變頻系統(tǒng)需要用2個(gè)變壓器，設(shè)備環(huán)節(jié)比較多，占地面積比較大，從而降低了效率，且降壓、升壓變壓器不能互換，升壓變壓器需要特制，以減弱高次諧
回顧我國水泥工業(yè)的發(fā)展歷史，逐漸從規(guī)模小、技術(shù)落后、資源浪費(fèi)型工業(yè)向集團(tuán)規(guī)?；?、計(jì)算機(jī)集中控制、節(jié)能增效型現(xiàn)代化管理企業(yè)轉(zhuǎn)變。伴隨著這種轉(zhuǎn)變，不論從宏觀方面處于國家政策大力提倡推行的節(jié)能大趨勢下出發(fā)，還是從企業(yè)本身的降低電耗成本增加產(chǎn)品競爭力的需求出發(fā)，節(jié)能已成為目前水泥工廠設(shè)計(jì)和建設(shè)中不可缺少的環(huán)節(jié)。在水泥生產(chǎn)過程中，電能消耗非常大，電費(fèi)在水泥生產(chǎn)成本中占了很大的比例。在水泥廠的工藝設(shè)備配置中，生料制備和熟料燒成段風(fēng)機(jī)功率約占設(shè)備總功率的40％左右。所以風(fēng)機(jī)的電耗直接影響到水泥企業(yè)的生產(chǎn)成本。能否控制好風(fēng)機(jī)的電耗，特別是大型風(fēng)機(jī)的電耗，對降低水泥生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是至關(guān)重要的。實(shí)踐證明，采用變頻器控制風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量，能達(dá)到顯著的節(jié)能效果。
目前新建的新型干法生產(chǎn)線，規(guī)模大、技術(shù)要求高、投資較大，因而生產(chǎn)線上高溫風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、廢氣風(fēng)機(jī)通常為大功率高壓電機(jī)，高壓變頻器的應(yīng)用不可避免地越來越多。那么在實(shí)際應(yīng)用中，如何根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇?在方案制定及施工圖設(shè)計(jì)時(shí)需要注意什么問題?以下就結(jié)合高壓變頻器的節(jié)能原理、類別及應(yīng)用方式對以上問題進(jìn)行探討。
1高壓變頻器的節(jié)能原理
所謂的“節(jié)能”，不僅僅是節(jié)省能耗，還包括不浪費(fèi)能源，用一句最簡單的話說就是：“你需要多少，我就給你提供多少!”。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率lP具有如下關(guān)系Q∝n H∝n2 P∝n3。即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往利用調(diào)節(jié)高溫風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)量。而隨著轉(zhuǎn)速的降低，風(fēng)機(jī)在維持效率不變（風(fēng)阻不變?yōu)榍疤幔┑臓顟B(tài)下，軸功率以轉(zhuǎn)速的立方關(guān)系下降，電機(jī)消耗的電能急劇減小。例如風(fēng)量下降到80％，轉(zhuǎn)速也下降到80％時(shí)，其軸功率則下降到額定功率的5 1％；若風(fēng)量下降到50％，軸功率將下降到額定功率的13％，其節(jié)電潛力非常大。而采用進(jìn)口導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)量下降導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率降低和風(fēng)壓的升高，運(yùn)行工況偏離額定工況越遠(yuǎn)效率越低。因此，風(fēng)量雖然下降了，但風(fēng)機(jī)軸功率及電機(jī)消耗的電能變化并不大，這就是風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能依據(jù)。
而在風(fēng)機(jī)調(diào)速的的方法上，目前使用較多的還有液力偶合器調(diào)速及液體電阻調(diào)速。液力偶合器是一種以液體（多數(shù)是油）為工作介質(zhì)，利用液體傳遞能量的傳動(dòng)裝置。通過改變液力偶合器工作腔內(nèi)液體的充滿度，就可以改變液力偶合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速，使液力偶合器電機(jī)端和風(fēng)機(jī)端的轉(zhuǎn)速不一致，從而在電動(dòng)機(jī)速度不改變的條件下對風(fēng)機(jī)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。由于液力偶合器在調(diào)節(jié)過程中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率損耗、容積損耗、機(jī)械損耗，這些損耗所產(chǎn)生的熱量需要大量冷卻介質(zhì)來冷卻，而液力偶合器傳動(dòng)效率等于轉(zhuǎn)速比，速度越低，液力偶合器效率越低。所以液力偶合器節(jié)能效果不太理想。它主要有以下一些不足：效率低、損耗大、調(diào)速精度低、速度響應(yīng)慢、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、滑差大、有時(shí)丟轉(zhuǎn)、需配備相應(yīng)的油系統(tǒng)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)、可靠性低。
而液體電阻調(diào)速器是通過調(diào)整液體電阻中兩極板間的距離，來改變串入電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的電阻，從而改變轉(zhuǎn)差率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈串入不同電阻后，對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率不同。電阻越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低；電阻為零，電機(jī)達(dá)到全速，這就是液體電阻啟動(dòng)調(diào)速器的基本原理。由于液體電阻調(diào)速器在調(diào)節(jié)過程中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率損耗、電阻通電所產(chǎn)生的熱耗，所以液體調(diào)速器節(jié)能效果也不太理想。它的缺點(diǎn)主要是：調(diào)速范圍小，最大為2：1；由于通過檢測實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值比較來升降極板，在實(shí)際運(yùn)用中，調(diào)速精度低、速度響應(yīng)慢、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、易受溫度影響；并且在調(diào)速過程中，電解液中流過轉(zhuǎn)子電流會(huì)產(chǎn)生大量熱量，需使用循環(huán)水進(jìn)行冷卻；采用繞線型電機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量大，需增加轉(zhuǎn)子電纜接線。
而交流變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高，沒有調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速的范圍大、精度高、無級調(diào)速，并且實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，延長電機(jī)使用壽命，減小啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊。使用結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、維護(hù)方便的鼠籠式電動(dòng)機(jī)，又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果，是風(fēng)機(jī)節(jié)能的較理想的方法。
2高壓變頻器的類別
比較實(shí)用并已產(chǎn)品化的高壓變頻器，按其主接線可分為“交一交”變頻和“交一直一交”變頻兩大類，在“交一直一交”變頻領(lǐng)域中較有代表的主流產(chǎn)品按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，主要可分為電流源型、三電平電壓源型、單元串聯(lián)多電平電壓源型。
2．1“交一交”變頻器
“交一交”變頻器是采用晶閘管實(shí)現(xiàn)無直流環(huán)節(jié)的直接由交流到交流的變頻器，也叫做周波換流器。當(dāng)電壓在3 kV以下時(shí)，每相要用12只晶閘管，三相共36只；當(dāng)電壓超過3 kV時(shí)，晶閘管必須串聯(lián)使用，所用的晶閘管要成倍增加。其優(yōu)點(diǎn)是可用于驅(qū)動(dòng)同步和異步電機(jī)；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和保持轉(zhuǎn)矩大；動(dòng)態(tài)過載能力強(qiáng)；可四象限運(yùn)行；電機(jī)功率因數(shù)可為COSφ=1；極佳的低速性能；弱磁工作范圍廣；轉(zhuǎn)矩質(zhì)量高；效率高。其缺點(diǎn)是功率因數(shù)與速度有關(guān)，低速時(shí)功率因數(shù)低；最大輸出頻率為電源頻率的1／n（n=2，3，…．）；最大轉(zhuǎn)速<500 r／min；網(wǎng)側(cè)諧波大，此類變頻器適用于軋鋼機(jī)、船舶主傳動(dòng)和礦石粉碎機(jī)等低速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，不適合在水泥廠應(yīng)用。
2．2 GTO（SGCT）電流源型變頻器
采用自關(guān)斷器件GOT（SGCT）的電流源型變頻器，直流電路有大電感，可起到保護(hù)開關(guān)器件的作用?？捎糜诋惒诫姍C(jī)的調(diào)速，其功率范圍可達(dá)1．5～10 Mw，電壓范圍可達(dá)1．5～6 kV，輸出頻率可達(dá)220 Hz。電壓超過3 kV時(shí)，功率器件需要串聯(lián)。其優(yōu)點(diǎn)是采用合適的：PWM脈沖形式時(shí)可得到很低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；輸出頻率高，可達(dá)220 Hz；電機(jī)的損耗?。豢伤南笙捱\(yùn)行；動(dòng)態(tài)性能高；可實(shí)現(xiàn)無熔斷器設(shè)計(jì)，可靠性高；對電機(jī)絕緣無損害，電纜長度無限制。其缺點(diǎn)是不宜弱磁運(yùn)行；功率因數(shù)與速度有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)側(cè)采用晶閘管整流時(shí)，輸入電流諧波大，需加多相隔離變壓器，采用18脈沖整流以減少網(wǎng)側(cè)諧波，但如果在網(wǎng)側(cè)采用PWM整流器，不僅能滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)而且可取消隔離變壓器。此類變頻器適用于水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等，代表產(chǎn)品為美國羅克韋爾（AB）公司生產(chǎn)的功率器件串聯(lián)電流源型變頻器。
2．3三電平電壓源型變頻器
采用高壓HV_IGBT或IGCT的三電平電壓源型變頻器，功率范圍可達(dá)9 100kVA，電壓范圍可達(dá)6600V，輸出頻率可達(dá)150 Hz。其優(yōu)點(diǎn)是效率高，輸出頻率高；動(dòng)態(tài)性能好，過載能力強(qiáng)；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，電機(jī)噪聲??；網(wǎng)側(cè)配置多樣化，可實(shí)現(xiàn)12、18或24脈沖整流，以減少網(wǎng)側(cè)諧波；對電機(jī)絕緣無影響，輸出電纜長度無限制；與基波一致的功率因數(shù)；高可靠的無熔斷器設(shè)計(jì)。其缺點(diǎn)是不可控二級管整流器，單象限運(yùn)行，要四象限運(yùn)行需采取額外的措施；如果采用GTO或IGCT器件，需要復(fù)雜的緩沖電路及門極觸發(fā)電路；直流環(huán)節(jié)需扼流圈，并需要輸出濾波器。此類變頻器適用于風(fēng)機(jī)、水泵、傳送帶、礦石粉碎機(jī)、軋機(jī)、擠壓機(jī)、窯傳動(dòng)等，代表產(chǎn)品為歐洲ABB、西門子公司的三電平電壓源型變頻器。
2．4單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器
采用低壓LV—IGBT的單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器其功率范圍可達(dá)3～220 MW，電壓范圍可達(dá)10 kV。其優(yōu)點(diǎn)是極低的輸出諧波含量，在無輸出濾波器的情況下，可使I-ID<0．3％，堪稱“完善無諧波”變頻器；極低的轉(zhuǎn)矩紋波和電機(jī)噪聲；功率因數(shù)可達(dá)0．95；對電機(jī)絕緣無損害，電纜長度無限制；便于冗余設(shè)計(jì)。其缺點(diǎn)是只能單象限運(yùn)行；不能進(jìn)行旁路切換；不能實(shí)現(xiàn)無熔斷器設(shè)計(jì)；體積大，笨重；元器件非常多，因而可靠性差；電容器多，易發(fā)生漏電問題；功率節(jié)點(diǎn)多，增加連接難題；多電平結(jié)構(gòu)的變壓器必須和變頻器集成在一起，使電氣室的空間和散熱成為問題；考慮空間要求時(shí)，大容量裝置只能采用水冷方式。此類變頻器適用于風(fēng)機(jī)、水泵，代表產(chǎn)品為美國羅賓康公司利用低壓IGBT生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平變頻器。
3高壓變頻器的應(yīng)用方式
高壓變頻器在水泥廠的應(yīng)用中通常采用“交一直一交”變頻方式，而“交一直一交”變頻又可分為“高一低一高”方式及“高一高”方式?！案咭坏鸵桓摺狈绞剑鋵?shí)質(zhì)上還是低壓變頻，只不過是從電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)兩端來看是高壓。該方式是中壓變頻技術(shù)發(fā)展中的一種由低壓變頻向中壓變頻過渡的方式。因其存在著中間低壓環(huán)節(jié)需要增加變壓器、無功補(bǔ)償器、諧波濾波器，控制復(fù)雜，可靠性較低，檢修比較困難，設(shè)備占地面積和體積較大，系統(tǒng)的整體效率較低，設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用和故障均會(huì)相應(yīng)提高，目前已處于逐步淘汰的階段。而隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是新的大功率可關(guān)斷器件的研制成功，直接高壓變頻即“高一高”方式，因沒有中間的低壓環(huán)節(jié)，所以效率高、主回路簡單、工作可靠，是目前高壓變頻應(yīng)用的主流。
3．1“高低一高”變頻調(diào)速系統(tǒng)
此種調(diào)速控制方案是將高壓通過降壓變壓器，使變頻器的輸入電壓降低，這樣可以采用各大公司一般的交流變頻器，然后將變頻器的輸出電壓通過升壓變壓器提高到6 kV以滿足交流電動(dòng)機(jī)的電壓要求，但此方案存在著以下問題：
（1）“高一低一高”變頻系統(tǒng)需要用2個(gè)變壓器，設(shè)備環(huán)節(jié)比較多，占地面積比較大，從而降低了效率，且降壓、升壓變壓器不能互換，升壓變壓器需要特制，以減弱高次諧
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