開發(fā)高壓大容量交流變頻器的可行性研究 1
1、前言
我國現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、水泵4000萬余臺(tái)，用電量占總發(fā)電量的30％、55％的風(fēng)機(jī)、水泵可改為調(diào)速運(yùn)行，按節(jié)電率20％計(jì)算，年節(jié)電可達(dá)200億kW.h。風(fēng)機(jī)、水泵采用交流變頻器調(diào)速運(yùn)行后，節(jié)能效果顯著。有關(guān)方面的統(tǒng)計(jì)見表1。
近年來，通過國家政策的引導(dǎo)和支持，部分企業(yè)對風(fēng)機(jī)、水泵投資進(jìn)行了節(jié)能改造，取得一定的成效，同時(shí)也使企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到采用交流變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造是降低成術(shù)，提高效益的有效途徑，符合企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的根本利益。但目前主要在低壓中小容量（380V，315kW以下）設(shè)備上應(yīng)用，而我國大容暈的風(fēng)機(jī)、水泵電壓等級(jí)為6kV或10kV。數(shù)量多，分布廣泛。如自來水行業(yè)的水泵，冶金行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵，石油行業(yè)的輸油泵、注水泵，化工行業(yè)的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，電力行業(yè)的鍋爐風(fēng)機(jī)、泵，礦山的風(fēng)機(jī)等。對這些高壓大容量的風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備進(jìn)行交流變頻調(diào)遮技術(shù)改造，節(jié)能效益將十分顯著。同時(shí)，節(jié)電的投資成本比發(fā)電要低得多（見表2），節(jié)電投資只是發(fā)電投資的1/10～1/100。在能源曰趨緊張、倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的今天，可見對風(fēng)機(jī)、水泵這類“耗電大戶”進(jìn)行節(jié)能改造是潛力巨大，意義重大，而且見效快，效益好。
國內(nèi)已有企業(yè)對應(yīng)用交-直-交高壓大容量變器進(jìn)行了嘗試，并取得了很好的效果，節(jié)能在50％以上。因此，開發(fā)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(shù)發(fā)展情況
目前，國外能生產(chǎn)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(shù)幾個(gè)公司，主要有以下幾種方案。
?。?）高-低-高方式
這是目前應(yīng)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(cè)前加一個(gè)降壓變壓器，在變頻器輸出側(cè)后加。個(gè)升壓變壓器而構(gòu)成高址變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如西門子公司曾采用SCR電流型的SIMOVERTA系列交流變頻器，現(xiàn)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(tǒng)。
此種方式的特點(diǎn)是：
·易于實(shí)現(xiàn)，因變頻系統(tǒng)的主體采用現(xiàn)成的低壓通用變頻器，電壓據(jù)情況可選380～1000VAC，通過降壓/升壓變壓器，即可用于3000～10000VAC電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)。
·輸入變壓器一般采用一繞組變壓器，兩個(gè)副邊繞組相差30°電角度，以實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)。
?。?）直接高壓方式
此方式即直接對高壓電源進(jìn)行整流后逆變輸出，無需降壓/升壓變壓器。
其性能特點(diǎn)：
適用于400～1000OHP，2300～7200VAC交流電動(dòng)機(jī)，輸出頻率：2～75Hz，準(zhǔn)正弦波輸出。
我國現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、水泵4000萬余臺(tái)，用電量占總發(fā)電量的30％、55％的風(fēng)機(jī)、水泵可改為調(diào)速運(yùn)行，按節(jié)電率20％計(jì)算，年節(jié)電可達(dá)200億kW.h。風(fēng)機(jī)、水泵采用交流變頻器調(diào)速運(yùn)行后，節(jié)能效果顯著。有關(guān)方面的統(tǒng)計(jì)見表1。
近年來，通過國家政策的引導(dǎo)和支持，部分企業(yè)對風(fēng)機(jī)、水泵投資進(jìn)行了節(jié)能改造，取得一定的成效，同時(shí)也使企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到采用交流變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造是降低成術(shù)，提高效益的有效途徑，符合企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的根本利益。但目前主要在低壓中小容量（380V，315kW以下）設(shè)備上應(yīng)用，而我國大容暈的風(fēng)機(jī)、水泵電壓等級(jí)為6kV或10kV。數(shù)量多，分布廣泛。如自來水行業(yè)的水泵，冶金行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵，石油行業(yè)的輸油泵、注水泵，化工行業(yè)的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)，電力行業(yè)的鍋爐風(fēng)機(jī)、泵，礦山的風(fēng)機(jī)等。對這些高壓大容量的風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備進(jìn)行交流變頻調(diào)遮技術(shù)改造，節(jié)能效益將十分顯著。同時(shí)，節(jié)電的投資成本比發(fā)電要低得多（見表2），節(jié)電投資只是發(fā)電投資的1/10～1/100。在能源曰趨緊張、倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的今天，可見對風(fēng)機(jī)、水泵這類“耗電大戶”進(jìn)行節(jié)能改造是潛力巨大，意義重大，而且見效快，效益好。
國內(nèi)已有企業(yè)對應(yīng)用交-直-交高壓大容量變器進(jìn)行了嘗試，并取得了很好的效果，節(jié)能在50％以上。因此，開發(fā)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(shù)發(fā)展情況
目前，國外能生產(chǎn)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(shù)幾個(gè)公司，主要有以下幾種方案。
?。?）高-低-高方式
這是目前應(yīng)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(cè)前加一個(gè)降壓變壓器，在變頻器輸出側(cè)后加。個(gè)升壓變壓器而構(gòu)成高址變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如西門子公司曾采用SCR電流型的SIMOVERTA系列交流變頻器，現(xiàn)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(tǒng)。
此種方式的特點(diǎn)是：
·易于實(shí)現(xiàn)，因變頻系統(tǒng)的主體采用現(xiàn)成的低壓通用變頻器，電壓據(jù)情況可選380～1000VAC，通過降壓/升壓變壓器，即可用于3000～10000VAC電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)。
·輸入變壓器一般采用一繞組變壓器，兩個(gè)副邊繞組相差30°電角度，以實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)。
?。?）直接高壓方式
此方式即直接對高壓電源進(jìn)行整流后逆變輸出，無需降壓/升壓變壓器。
其性能特點(diǎn)：
適用于400～1000OHP，2300～7200VAC交流電動(dòng)機(jī)，輸出頻率：2～75Hz，準(zhǔn)正弦波輸出。
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