高压变频器在大功率电动机中调速节能的应用

摘要：近些年来，随着微电子技术和电力电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置也不断成熟，高压问题亦通过单元串联或器件串联得到了不错的解决，其应用的范围和领域越来越广泛。下面，本文就对高压变频器在大功率电动机中调速节能的应用进行分析，以为其实践中更好的运用提供借鉴。

关键词：高压变频器；大功率电动机；调速节能；应用；分析

在工业生产中，电机是主要的耗电设备，高压大功率电动机尤其明显，这些设备当中普遍存在着很大的节能潜能，这亦决定了新时期大力发展高压大功率变频技术应用的迫切性和必要性。近些年的实践中表明，应用高压大功率变频系统具有可靠性强、经济效益好的特点，变频调速以其启动和制动性能、优异的调速、高功率因数、高效率、广泛的使用及良好的节能效果等优势而被公认为最具发展前途的调速方式，是调速技术未来发展的方向。那么在这一技术当中，高压变频器是如何在大功率电动机的应用中发挥调速节能作用的，这即是本文所要阐述的重点内容。

一、传统调节控制和变频器调速

1.传统调节控制的缺陷

传统调节控制方式存在着一些缺陷，限制着其在运行中作用的发挥，主要包括以下几个方面：第一，经济效益差、耗能大。传统调节控制通常通过挡板调节的形式来实现，这使得在挡板的截留过程当中大量的能量被消耗掉；第二，介质对于管道和挡板阀门的冲击力较大，导致设备的严重损坏；第三，挡板的动作比较迟缓，手动程序中人员操作有一定难度，易造成电动机的震动。第四，在直接启动时，大功率电动机的电流通常会达到其额定电流的7倍左右，对电网会造成较大的冲击，电动机温度快速升高，并且冲击转矩的高强度也使得电动机的使用寿命受到不利影响。

2.变频调速的优势

变频调速具有高效节能和良好调速两个显著优势。第一，高效的节能效果，带来显著的技能效益。变频器节约电能有时可高达70%，节约环节主要包括：可实现软启动，电动机启动时的电流在电动机额定电流之下，对机械负载和电网的冲击力大大减小，且延长了电动机的寿命；较高的功率因数，且对于电动机来讲，效果更为明显；节省了设计冗余，变频器将这部分冗余很好的节省下来。第二，良好的调速效果，变频器以功能强、精度高、转矩大、操作简便、可靠性强等优势，更容易构成闭环控制，实现自动调节，且动态影响快，线性度好，从而保障电动机在更为经济的情况下稳定安全地运行。第三，电动机的噪声一般与采用工频电源时候的噪声频率较为接近，因为转矩脉冲低，所以才不会发生所谓的共振现象，机械一旦发生共振，其危害程度也是比较大的。第四，完善的故障自我诊断功能也是其优势之一，因为他能够通过内部装置对于各种故障发出准确的判断和报警，令外界可以知道出现了重大的问题，在此基础上进行的维修也是比较及时到位的；第五，具有彩色液晶屏的全中文操作界面，图形显示，人机界面友好。可以实现本地、远程操作自由选择。第六，可以实现触摸屏、数字键盘、模拟电位器、远程DCs等多种设定方式，适应各种用户需求。第九，具有与用户隔离的开关模拟输入输出接VI，确保了与用户现有设备的可靠连接。

二、大功率电动机中高压变频器调速节能的应用

高压大功率变频调速的装置一般而言就是一种电压源型的，这种电压源型的装置大多使用串联的形态，而且一般是多重叠加状态的，这也就是带来了价位稳定的电压，而且采用多台单相逆变器串联连接，得到可调频调压的高压交流电，用以驱动交流电机。每台单相逆变器为典型的单相三电平桥式逆变器，它由输入变压器的一个副边绕组供电，经整流、滤波后的直流电压供给单相桥式逆变线路，采用专门的PWM控制技术将直流电逆变为0-50Hz、0-557V的可调频调压的单相交流电。6kV变频器每组由6台单相逆变器串联可得No～3462V高压交流电。三个相组成三相输出，线电压为6kV。

在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波有均匀的相位位移，因而叠加时有用的基波直接叠加，而高次谐波互相抵消，大大减少了输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近理想的正弦波。高压变频器的调速装置是多重串联叠加拓扑结构的一种高压变频器，被用于大功率交流电动机的驱动。高压变频器中，每一台单向的逆变器均为典型的三电平桥式单相逆变器，由变压器进行绕组供电的输入，将变流通过整流和滤波程序转化为直流电压，再向桥式单相逆变线路实施攻供给。高压变频器，利用自身专门的控制技术将直流电逆变成可调压、跳频的单向交流电。在多重叠加的情况时，每一台逆变器中的三角波均会产生均匀的相位移，有用的基位叠加在一起，而高次的谐波则得到了相互的抵消，这使得输出电压谐波的含量大大地减小，且输出的波形同理想的正弦波十分接近。高压变频器的功率单位采用的是模块化的结构，其内部全部的功率单元均可以彼此互换，维修也十分的方便。由于功率单元采用的是串联式的结构，故可在功率单元的旁路设置选件，当功率单元发生故障时，就可将故障转至故障单元的自动旁路，变频器仍可正常运行，进而保证了系统可靠的运行。

变频器在工控系统中较为重要，是其中非常重要的组成设备，在安装时，一般是安装在点击前端用来实现变频器的调速和节能的，这些节能和调速的实现，对于机械组的使用是有着较为重要的价值的。高压变频器后端主要拖动风机、水泵类负载，实际节电效果达30%~60%，未来该行业市场发展将受益于大中型项目改造；低压变频器与控制层和执行层设备共同组成自动化控制系统，其未来发展将受益于制造业“装备升级”。变频技术最先用来对电机进行无级调速，通过控制半导体器件的通断改变输出频率，以实现对后端拖动交流电机的软启动、变频调速及提高运转精度，并实现过流、过压、过载保护。从电压分类上，一般把针对3kV~10kV高压环境下运行的电动机而开发的变频器称为高压变频器，而将输入电压不高于690V的称为低压变频器。目前我国高压变频器在电力、冶金、水泥领域应用较多，合计占比超过50%；低压变频器应用领域更加广泛，涉及工业生产、石油煤炭、市政交通等多个行业。高压变频下游细分市场组成。

总论

高压变频器在大功率电动机中调速节能的应用，给大功率电动机的运行带来了新的生机，其高效的节能效果和上佳的调速效果，即满足了节约能源的要求，也满足了自身运行配置的需要，高压变频器的应用将是未来大功率电动机调速的方向，促进了电动机领域的长足发展。

参考文献：

[1]王希兰.调速技术在高压电动机节能改造中的应用[J].纯碱工业.2008(4)

[2]吴佳林.高压变频器原理及应用[J].电工文摘.2009(1)

[3]冯叶亮.高压变频器在大功率电动机上的调速节能应用[J].电气节能.2009(10)