大功率高压变频器的设计及应用探讨

作者简介：励小峰（1977-），男，浙江宁波人，本科学历，中级电子工程师，研究方向：电力电子技术，高压变频器，SVG。

摘 要：随着国民经济的飞速增长，人们的生活质量获得明显改善。作为促进经济发展的先驱力量，工业生产一直是我国电力能源的消费大户。我国电机系统运行能源耗损大，生产效益低，如何改善这一现状是每一位业内从业者均应认真思考的一个问题。为此，结合我国高压变频器的应用现状，对大功率高压变频器的设计进行研究，并通过实际运行，对该变频器的应用进行了可行性分析。

关键词：大功率高压变频器；恒压频比控制；变频调速节能

中图分类号： TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2014）17019601

电机节能可从两方面着手，第一种是通过对电机产品本身进行改良，出产新型高效电机，不过这种方式需要耗费大量的人力、物力资源，而产品的更新换代也需要一定周期，根本无法发挥出立竿见影的效果。第二种方法无需更换设备，只需在现有设备上添加变频调速器一类的节能装置即可。相较之下，第二种方法成本低，见效快，因此更适合采纳。

1 大功率高压变频器的设计原则

1.1 我国高压变频器的应用现状

当下最为常见的是“高-高”型变频调速装置，电流源型、单元串联多电平PWM电压型等变频器均属于这一类型。电流源型通过局部使用SGCT直接串联的方式来提升耐压性能，直流部分使用电抗器储能，输出电压最高值可达到7.2kV，主要被用于国内电压为6kV左右的电机。

1.2 设计需求

据笔者调查获悉，单元串联多电平电压源型变频器凭借谐波量小、结构一体化与方便维护等优点，深受市场消费者青睐。这一类型的高压变频器按照拖动数量可分为：一拖一，一拖二，一拖多方式。一拖一自动旁路方式，具备结构框架严谨、操作控制便捷、接口配置灵活等优点，是目前最受用户欢迎的一种类型。

1.3 系统原理与配置

（1）高压输入输出部分。

该部分主要负责完成高压电对用户的输入输出以及变频器检修期间电气隔离工作。通常情况下，这一部分主要由隔离开关、真空接触器、进出线绝缘子三部分组成。部分用户有特殊需求，会将真空接触器更换成真空断路器或手车断路器。用户仅需隔离开关与绝缘子，就能实现手动旁路功能，无需使用断路器或接触器便能实现自动控制。

（2）移相隔离部分。

这一部分主要负责将输入的三相交流高压电变转换成多组相位不同的低压交流电，按照各部分不同需求，输送至功率柜的各功率单元。考虑到移相变副边使用的是多绕组输送，同时绕组间为隔离状态，所以一般通过功率单元输送各自专属的移相电源。这种方法最明显的优势是能够在使用过程中，提高电网功率因素，最大化降低电网侧的谐波干扰，改善电流波形。

（3）功率变换部分。

这一部分主要负责接收来自移相变的低压电，通过三相不控桥式整流电路的处理后，移相变的低压电会被转化为脉动的直流电，然后经过电容器组滤波调整成直流电压，被送往H桥式逆变电路中。多个单元模块在串联叠加的情况下，高压交流电的输出将达到最高值。为有效降低谐波干扰，一般会使用SPWM技术对各功率单元输出加以控制。

（4）控制部分。

控制部分的主要构成要素包括两方面，一是功率单元检测与保护控制，二是变频器系统的控制。在功率单元检测与保护控制版块中，检测电路与旁通回路为不可或缺的重要组成部分，会对功率单元电流、电压等进行检测，发挥出过电压、欠电压等保护作用。在变频器控制系统中，上位机、下位机、PLC模块为主要组成部分，控制单元是这一板块的核心，是经双DSP组成的数字信号处理控制系统。在人机操作界面的辅助下，系统将会顺利接收到功率单元的状态信息，同时系统根据指令输出控制信号利用光纤传递给各单元。

2 大功率高压变频器的应用

选取一家生产机械产品的大型工厂为研究对象，该工厂每日生产过程中会产生大量粉尘，因此多使用除尘风机进行处理。这些风机均为三相异步电动机，由于主要使用挡风板调节风门，所以容易形成挡风板两侧风压，导致电能浪费。另外，该风机挡风板主要通过大力矩电动控制，非常容易发生故障。

考虑到高压电机的特点，大惯量风机启动过于频繁会严重影响到高压电机的使用寿命，所以在本次应用过程中，禁止随意开关高压电机。也就是说，当电炉无需除尘机清除灰尘时，倘若使用传统方式，利用调节封板减小风量则会导致大量电能浪费在挡风板上。使用高压变频器后，可按照风量需求，直接通过高压变频器调节功率，即可节约大量电能。

目前电厂电费每度0.5元计算，使用大功率高压变频器后，该除尘机每日节约电能：Qdatar，除尘机每日节约电费：0.5×3150=1575元。经过节能改造，最终发现，自大功率高压变频器运行以来，在满足日常工作需求的前提下，有效节约了电能耗损，延长了风机的使用寿命，提高了工厂的生产效益。

参考文献

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