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高压变频器范文1
[关键词]高压变频调速；流量；节能；
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0367-02
1.前言
在经济高速发展的同时，对能源的需求越来越大，能源面临着严峻的挑战。国家颁布了《节能法》，实施把节约放在首位的能源发展战略，先后出台了《关于加强节能工作的决定》、《单位GDP能耗考核体系实施方案》；建设节约型社会是今后发展的一项重要内容。有效地利用能源、节约能源是建设节约型社会的具体体现。
电力作为一种产品，与其它产品相比较具有它自身的特殊性。一般来说普通产品的生产与销售使用是相对独立的，产品可以在仓库中存储、周转，可以预先生产好备用。电力这种产品的生产与消费是同时完成的，电力几乎不能存储，因此电力生产必须是连续的；电力生产的多少是根据用户的使用情况决定的，因此电力生产的负荷是变化的。电力产品的这种特点决定了电力生产系统中各种设备的配置就需要根据最大生产能力来进行配置，而不能根据平均的电力需求配置系统。在电厂中，电力生产的最大生产能力是根据主机（锅炉、汽机和发电机）的出力决定的，辅机（各种风机、泵及其驱动电动机、电气控制调节系统等）的配置是根据主机的情况配置的，一般情况下，在设计过程中均考虑一定的余量，因此造成在实际的运行过程中，多数风机和泵的流量需要的调节。传统的流量调节方式是节流调节（挡板、阀门等），存在反应慢、调节精度低、能耗大等问题，而高压变频因其调节性能优良、节能效果好等因素，正逐渐被广泛应用在电厂中风机、水泵等的流量调节中。
2.变频器的工作原理及作用
1.变频器的工作原理
顺变器的作用是将定压定频的交流电变换为可调直流电，通过电压型或电流型滤波器为逆变器提供直流电源。逆变器将直流电源变为可调频率的交流电。顺变器和逆变器都是晶闸管三相桥式电路。滤波器由电容或电抗器组成，为逆变器提供稳定的电压源或电流源。
3.变频节能在电力系统中的综合效果
根据流体力学原理，风机或泵类设备的输出流量与其转速成正比，输出压力与其转速的平方成正比，其消耗的功率与其转速的三次方成正比。采用变频调速改变电动机的转速，从而改变风机或泵的转速，以此来调节流量。在这种调节方式下，可以将节流调节的阀门或档板等开度调至最大，减小管道系统的阻力，节约因克服调节阻力而引起的能耗。同时，采用变频调节后，管道系统的阻力能保持在使风机或泵工作的高效率点，减少因风机或泵的效率降低而造成的能耗损失。
从节能的效果来看，对节流调节的变频改造，产生的节能效果并非仅仅是当前所改造的电动机系统的节能效果，而是并行工作的多台电动机系统的节能效果。如果两台风机并联运行，一台运行风量不足，两台运行时则需要进行节流调节，往往是两台风机同时都进行风门调节，对其中一台进行变频改造后，则两台风机都可以运行在风门全开的状态下，这样产生的节能效果即为节流调节时两台风门的能耗。
电厂的节能，更重要的是体现在系统效率的提高。在没有进行变频调节时，电厂的循环水泵一般采用多极电机，根据季节调整电机接线，改变电机的极对数来改变电动机转速从而调节循环水流量，或者是根据季节调整并联运行的电动机和泵的运行台数来调节循环水流量，这种调节操作简单，但调节精度低。采用变频调节时，如果根据循环水的实时出水温度调节循环水流量，将凝汽器的过冷度调节在一个最优的范围内，提高锅炉运行的整体效率，这样节能效果更加突出。要利用变频调节调节精度高，操作方便的特点，优化控制系统，提高系统效率。
4.电力系统对高压变频的要求
由于电力系统的特殊性，电力系统对应用高压变频有很高的要求。
首先要求高压变频具有很高的可靠性，主要包含几方面的内容：
（1）对电网电压波动的适应能力，即能够在较大的电网电压波动范围内正常工作，这个范围一般是-20%～+10%；
（2）电网重合闸后继续运行的能力，即在电网瞬时失电，恢复供电后变频器不能停止运行，要能够记忆并快速恢复至失电前的运行状态；
（3）具备冗余设计，即允许变频装置局部故障，不影响其它部分的运行，能够在局部故障的状态下继续运行；
（4）能够在线维护，即在变频装置连续运行的情况下排除局部故障；
（5）谐波小，这包括变频器对电网的影响即输入电流谐波和变频器对电动机的影响即输出的电压、电流谐波；
（6）其次要求高压变频使用方便：
尺寸较小，可靠墙安装，对安装场地的要求低；
高压电缆安装方便，控制接口齐全，易于实现集散控制；
维护简单，使用寿命长。
（7）在满足上述要求的前提下，还要求高压变频装置具有高的性能价格比。
5.变频节能的各个环节及节能效果
山东十里泉电厂是一个具有5台125MW，2台300MW及一台140MW机组的中型电厂，高压变频调速装置投入运行后，节流阀全开，采用远方自动恒水压控制方式，平时操作值班人员只须改变压力设定值，多数情况下，变频器运行在40Hz左右，功率270kW左右，高压输入电流不到30A，而50Hz定速运行时功率约530kW，高压输入电流60A左右。运行平均负荷按0.95×560kW计算，每年运行300天，即7200h，节电1340MWh。按上网电价计算，两年不到便可收回投资，如按电的售价算，因为该装置投资不到73万元，则一年就可以收回全部投资。
对泵、风机进行调速控制，可获得明显的节能效果，其原理入下图1所示，比如有一台泵，带100%负载时所需的流量为700ton/h。在电机由工频电流驱动恒速运转的情况下，用调节阀来控制流量，这时，扬程为图中的A（140m），耗电量为C点（450kW）。通过变频器进行调速控制时，扬程为图中的B点（100m），耗电量则为D点（340kW）。可节省的功率为450kW-340kW=110kW。
用上面的结果和几个假定值算出一年所节省的电能，根据图2所示，节能试算结果如下：
110kW*3h+210kW*14h+260kW*7h=5090kWh
如每周休息一天，年运行天书为365天-52天=313天，一年所节省的电能（kWh）为：5090kWh*313日=1593MWh，如电费以1元/kWh计算，1593MWh*1000*1元=1593000元，这就是一年里可获得的节能效果。
6.高压变频应用时应注意的问题
高压变频器选用一般可以根据电动机的额定功率或额定电流来配置相应的变频装置。在选用变频器时根据估算的使用功率来选配变频器是不合适的。这是因为采用变频器以后所消耗的电功率是在转速降低的情况下得出的，根据变频器设计的原则，为了维持气隙磁通量基本不变，应使定子端电压和频率成比例地调节，转速（即频率）降低的情况下，变频器地输出电压也相应地降低，定子电流变化较小。按照使用功率选用的变频器额定电流是在50Hz、额定电压时的功率，其额定电流较小。这样选用的变频器在实际使用过程中容易出现过电流故障，因此不建议这种选配方法。
高压变频器选用的功率元器件都是半导体器件，使用时的温度限制很严格，过温的情况下很容易损坏元器件，因此使用环境要求充分考虑通风和降温措施，采用室外循环通风时尤其要考虑进风通道的设计。在使用过程中，维护好通风和降温设备是保证变频器正常工作的一项重要工作。
7.高压变频技术现状
高压变频技术的主要方式有直接元器件串联方式、三点平方式和单元串联多电平方式等电路拓扑型式。单元串联多电平方式的高压变频技术因其诸多特点而在国内得到快速发展并得到用户的普遍认可。当前国内的单元串联多电平高压变频技术从控制方式的实现形式上来说主要有两种：采用智能化单元的多处理器方式和集中控制的单处理器方式。
（1）多处理器方式的变频器
每个功率单元均为智能化单元，单元拥有自己的处理器，实现单元中的逆变控制、单元中各种状态量的检测和保护、接收外部指令和输出状态等任务。主控制器中的处理器主要完成和用户的人机接口以及协调所有功率单元的一致工作。整套装置为多处理器共同工作，功能模块化，容错能力强，技术先进，可靠性高。
（2）单处理器方式的变频器
此种变频器中主控制器实现并协调所有单元的逆变工作，完成与其它系统的接口，工作量大，对单元来说仅仅作为主控制器的执行机构，容错能力差，单元的测量和保护动作较慢。
这两种方式的高压变频技术在国内均有厂家推出产品，应用的情况也不错。采用智能化单元的厂家实现了单元的主动投切和单元在线更换功能，进一步提高了系统连续可靠运行的能力。
8.结束语
高压变频经过十多年的发展，技术已经成熟，尤其是单元串联多电平方式的高压变频装置，具备冗余功能，单元模块化设计，单元内变频技术和功率元件成熟，输入输出谐波小等优点，在国内迅速发展，有些供应商甚至可以供应具备单元在线更换功能的产品，可靠性有了很大地提高。我国能源紧张，单位GDP能耗高，电力生产和使用负荷变化较大，电厂中风机和水泵地节能空间很大，采用高压变频调节取代传统地节流调节，节能降耗大有可为。
参考文献
[1] 徐甫荣.大功率风机水泵调速节能运行的技术经济[J].变频器世界，2001，（8）.
[2] 金圃明.高压变频调速技术在我厂的应用[A].全国电技术节能学术会议论文集[C].
[3] 韩安荣.通用变频器及其应用（第2版）[M].北京摘要：机械工业出版社.
高压变频器范文2
关键词：高压变频器 电厂 起动装置
中图分类号：TM621.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0125-01
目前，高压变频器在电厂中已经得到了广泛的应用。高压变频器的种类繁多，在我国电厂中被广泛采用的是相互串联式的交-直-交高压变频器，此类变频器由控制系统、功率单元及输入移相式变压器三部分构成[1]。控制系统主要包括了主控板及输出输入接口。在主控板中，各功率单元负责传输PWM信号，同时将各功率单元状态的信息返回。功率单元是指变频器的整体实现输出变压变频的基本结构，变频器通过各功率单元实现变压及变频功能。各功率单元可相当于独立的交-直-交变频器，这里的变频器为单相低压型[2]。输入移相式变压器可将电网的侧高压转变成副边多组低压，每一副边绕组采用延边的三角接法对电压进行绕制，各副之间存在相位差。本文就高压变频器在电厂中的运用问题进行了分析，以供参考。
1 高压变频器在电厂中的运用总况分析
高压变频器在电厂中被主要运用在功率较高的电压辅机之上，如循环水泵、凝结水泵、引风机、送风机及灰浆泵。根据其不同的负载，在实际运用当中，分别采取了具体设计方案。如“一拖一”的方式，即一台高压变频器捎带电机的数量也为一台的方式；“一拖二”的方式即为一台高压变频器捎带电机的数量为两台，且不能同时带。“一用一备”中的辅机，比较适用于一拖二的方式；因为当运行辅机被切换至备用时，高压变频器仍维持运行状态，利用变频器的效率也被提高；而当变频器发生故障时及电机在运行过程中发生故障时，一拖二的方式可将其切至其他的辅机继续运行，只是控制系统较为复杂。如辅机一直在运行当中，则适用一拖一的方式，因当辅机停止运行时，变频器也停止运行，变频则是通过组合多个断的路器的方式来实现[3]。
2 电厂中运用高压变频器对风机进行变频改造所具有的优势
2.1 使设备磨损的情况得以减少，使用寿命得以延长
高压变频启动为一种软启动，即使电机的启动方式变为从零转速逐渐升至为起始转速，随后通过高压变频器的增减频率按钮来使电机转速获得改变，避免了启动电机时产生强烈冲击电流，其使用寿命便得以延长。加装了变频调速的装置之后，在大部分的时间中，电动机的转速均在额定的转速之下，有利于减少管路、灰浆泵及风机发生磨损的程度。
2.2 节约能源
电厂在设计风机与泵时，可能会因为一些客观因素的影响，无法预先确定其主要富裕量与参数，因此在多数情况下，会选择流量过大的风机与泵，这些设备的压头过高，常常超出实际需要[4]。但如果在设计时使用变频器以调整频率的方式改变风机与泵运行的参数，并达到改变风量与排灰量的目的；因此，在风机与泵中应用变频器可以将挡板、闸门及节流阀在运行过程中附加的损耗消除，从而节约了能源。
2.3 在风机中运用变频器，能为其稳定运行提供保护措施
在高压变频装置中设有低电压、过电压及过电流的保护装置，其灵敏度较高，可让水位与流量实现负反馈的功能；变频器可通过水位与流量负反馈的信号，对变频装置输出的频率进行控制，以控制风机的转速。调速装置均配备了计算机终端接口，能将标准工业通讯系统与能源系统联系起来，方便实现设备的自动控制。
3 高压变频器运用于电厂的控制工作
近几年，交流变频技术有了较好的发展，尤其是在变频器当中运用矢量控制调速技术，让交流电具备了调速精度高、调速范围宽及动态响应快等先进技术性能，此外，交流电的调速性能已与直流电相差无几。因此，电厂当中运用变频器具有重要的作用，变频器不仅能实现软启动与节能的目的，而且在需要对流量、液位及压力进行精确控制的场合，都需要运用高压变频器。
4 高压变频器的软起动运用
因直接启动交流电机时，会产生较大的电流（通常是额定电流的5～7倍），因此在短时间启动的过程中，阻尼绕组或笼型绕组将要承受较高的机械应力与热应力，而端环及导条在高应力的作用下容易出现疲劳断裂的现象[5]。此外，直接启动交流机时产生的大电流会在绕组的终端部形成较大的电磁力，使得绕组端部发生振动及变形现象，进而磨损绕组绝缘，最终导致绕组绝缘被击穿，失去绝缘作用；大电流也会使铁心发生振动现象，使铁心变得松弛，导致电动机发热。目前，大容量高压交流异步的电动机被广泛运用于电厂当中，但因直接启动电机造成的转子断条与电机烧毁事故却屡屡发生，对安全运行主机设备造成了恶劣影响。因此，对大容量的电机实行软启动的方式，将能使其使用寿命得到有效延长，并将启动时冲击电网的现象减少，保证正常的电力生产。电机在变频的作用下启动，能将转矩快速起动，且启动时平滑，不会出现较强的冲击，因此，使用高压变频器作为电厂软启动的装置，对于电厂的安全运行具有重大作用。
5 结语
综上所述，高压变频器运用于电厂中水泵与风机的变频控制，能变负荷对给水量及送风量进行调节；也能以压力与流量的变化作为调节转速的依据，以达到电能损耗的降低、使用寿命的延长、维护量的减小及节约能源的目的，其不仅能使电厂的生产系统变得更完善，而且也能将电厂的用电率降低，使生产的过程变得更为经济，进而提高电厂的经济效益。同时，在电场中推广运用高压变频器也具有客观的社会效益，因运用高压变频器节约了能源，有利于环境友好型社会的建设。
参考文献
[1] 徐凯.浅谈高压变频器在火电厂的应用[J].科学之友，2011，3（6）：9-10.
[2] 刘杰英.高压变频器在电厂中的应用[J].黑龙江科技信息，2009，5（2）：167-168.
[3] 赵建新，杨为献.高压变频器在电厂中的研究与应用[J].煤矿现代化，2009，23（7）：153-154.
高压变频器范文3
【关键词】变频器；故障；运行维护
某集团公司变频器现状
目前某集团公司下属企业高压变频器主要运用在凝结水泵、一次风机、引/送风机和增压风机等变频调速系统中，个别企业还在循环水泵、灰渣泵上使用了变频调速系统。目前变频装置均采用的是电压源型功率单元串联多电平型高压变频器，一般均具有工频手动或自动旁路结构。实践证明通过应用变频调速系统，厂用系统可以在机组负荷变化情况下，优化调节各风机和水泵的出力，节能效果非常显著，给各个发电厂带来可观的经济效益。
1、变频器故障情况调查
2013年3月，某集团公司对14家分子公司68家火电企业高压变频器故障情况进行了汇总分析。统计期内共计发生故障544次，其中功率单元引发故障246次，主板（含工控机）引发故障187次，参数设置不合适引发故障26次，环境影响引发故障21次，冷却风机损坏引发故障18次，自带UPS损坏引发故障16次，传感器（互感器）损坏引发故障10次。
1.1变频设备厂家总体情况
某集团公司所属企业选配的变频器厂家比较广泛，统计范围内共计有20家企业。国内品牌以北京利德华福、广东明阳、北京合康亿盛居多，国外（含合资）品牌主要为东方日立、罗宾康、东方凯奇和东芝三菱为主。较早投运的变频设备为2001年，品牌主要为美国罗宾康和北京利德华福两家企业。
1.2故障原因简单分析
从各厂故障统计情况来看，高压变频器故障类型主要包括：功率单元损坏、主板（工控机）故障、UPS电源故障、霍尔传感器故障、软件参数设置与实际不符故障等。从统计的故障原因分类的统计结果看，最主要的问题是功率单元损坏，占47%。造成这一故障的主要原因为：一个方面是元件的质量问题，同时由于设备长期在高温高负荷下运行，其电子元器件老化速度。
其次的一些问题主要有控制板的故障，基本上也可以归结到产品的质量问题。主观因素上，系统参数的设置问题也有出现，这类问题主要是软件参数的设置值跟实际情况不符，导致启动或运行中出现障碍或者软件本身固有缺陷在运行中暴露出来导致故障。
因环境影响导致变频器跳闸的事件有21次，主要为变频器室制冷装置故障没有及时发现或变频器室污染严重等原因，导致变频器重故障跳闸。
2、变频器运维管理存在的问题
2.1调速系统结构优化问题
为确保机组安全运行，辅机变频器带交流旁路结构是必备条件，尤其是机组重要辅助系统，如风机、电泵等，更应该具备交流旁路自动切换功能。目前部分电厂仍有一些重要变频系统不具备这样的功能，导致因变频器故障造成机组多次非计划停机。同时，当系统在变频与工频之间相互切换后其主阀门（挡板）开度应根据当时机组负荷量进行调节。调速系统的结构优化应该在系统设计阶段就要充分考虑，在系统安装调试阶段应该进行相应功能的试验与考核。
2.2变频系统的交接预防性试验问题
各电厂高压电机变频装置安装时，国家或电力部相关标准和规程尚未制定。变频器本身的特殊性以及复杂性，相关规程以及培训目前又不够完善，因此各电厂对于高压变频器的试验工作基本处于空白状态。
变频装置在交接时，大部分电厂对移相变压器、电缆等一次设备进行了绝缘检查，按照规程要求完成了变压器绝缘电阻测量、直阻测量、电缆绝缘电阻测量、耐压等试验。部分电厂要求厂家在现场对高压变频装置进行了少部分的试验，如控制回路双电源切换试验、连续运行试验（72h试运），其余一些重要试验如温升试验、频率分辨率试验、效率试验、谐波测量、系统调试优化等均未进行。
在检修阶段，对变频器柜内的功率单元板块以及整流系统的检修和预试工作目前各电厂均较少介入，变频器厂家也未对产品进行持续的跟踪与维护。变频器过了质保期后厂家的维护是有偿方式，而各电厂却在年度计划当中忽略了该项目。这是一个很值得提醒的重要问题。
3、对变频器运维的建议
3.1各电厂应加强对变频设备运行环境的关注。由于发电厂现场环境本身非常恶劣，高温、高湿度、灰尘大是造成设备电子元件老化的罪魁祸首。可以考虑将变频器单元密闭循环冷却，增加除湿设备，将精密控制模块和整流单元与移相变压器、开关等一次设备分离布置，改善变频系统运行环境。
3.2对于新投产变频系统应加强设备性能检测，如温升考核、效率、谐波测量、启动试运行调试等。变频系统应针对不同的对象进行现场联合调试，在移交运行前应达到其最优参数运行状态。
3.3对于电厂关键设备，如风机，电泵等如采用变频系统应设计交流自动切换旁路开关并定期进行切换试验操作，确保变频系统故障时可以迅速切换至交流供电状态，保证机组安全运行。
3.4加强变频器的定期维护与测试工作。加强变频器维护人员的培训力度，做好变频器安装调试的全过程跟踪故障，保证变频器维护人员能够全面掌握变频器的维护常识，必要时组织到厂家进行业务培训。
3.5高度关注变频器元件老化造成的故障频发问题。变频器中的控制单元中的电子元件寿命基本在10年左右，超期后将造成变频器的故障发生率大幅升高。要做好变频器的寿命评估，对于因元件老化导致故障频发的变频设备，应考虑升级改造，可以将移相变压器、旁路单元等保留，节省资金。
3.6同一电厂尽量选择同一品牌产品。在变频器品牌确定时，尽量选择同一品牌设备，便于备件储备和维护质量的提高。
参考文献
[1]仲明振，赵相宾.高压变频器应用手册.机械工业出版社.2009.9.1版第254-325.
[2]徐海，施利春.编变频器原理及应用.北京：清华大学出版社，2010.9.1
高压变频器范文4
山东风光电子有限公司是在多年研制中低压变频器的基础上，综合了国内外高压大功率变频器的多种方案的优缺点，采用最优方案研制成功的，并于2002年12月通过了省级科技成果及产品鉴定，成为国内生产高压大功率变频器的为数较少的几个企业之一。
2国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点
目前，国内生产的高压大功率变频器中，以2种方案占主流:一种是功率单元串联形成高压的多重化技术;另一种是采用高压模块的三电平结构。而其他的采用高-低-高方案的，由于输出升压变压器技术难度高，成本高，占地面积大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高压大功率变频器的主要发展方向。
而高-高方案又分为多重化技术(简称CSML)和三电平(简称NPC)方案，目前有的厂家生产的高压大功率变频器是采用的三电平方案，而大多数厂家则是采用低压模块、多单元串联的多重化技术。这2种方案比较，各有优缺点，主要表现在:
(1)器件
采用CSML方式，器件数量较多，但都是低压器件，不但价格低，而且易购置，更换方便。低压器件的技术也较成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且购置困难，维修不方便。
(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)
均压是影响高压变频器的重要因素。采用NPC方式，当输出电压较高时(如6kV)，单用单个器件不能满足耐压要求，必须采用器件直接串联，这必然带来均压问题，失去三电平结构在均压方面的优势，系统的可靠性也将受到影响。而采用CSML方案则不存在均压问题。唯一存在的是当变频器处于快速制动时，电动机处于发电制动状态，导致单元内直流母线电压上升，各单元的直流母线电压上升程度可能存在差异，通过检测功率单元直流母线电压，当任何单元的直流母线电压超过某一阈值时，自动延长减速时间，以防止直流母线电压上升，即所谓的过压失速防止功能。这种技术在低压变频器中被广泛采用，非常成功。
(3)对电网的谐波污染和功率因数
由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式，前者在输入谐波方面的优势很明显，因此在综合功率因数方面也有一定的优势
(4)输出波形
NPC方式输出相电压是三电平，线电压是五电平。而CSML方式输出相电压为11电平，线电压为21电平(对五单元串联而言)，而且后者的等效开关频率大大高于前者，所以后者在输出波形的质量方面也高于前者。
(5)dv/dt
NPC方式的输出电压跳变台阶为高压直流母线电压的一半，对于6kV输出变频器而言，为4kV左右。CSML方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压，不会超过1kV，所以前者比后者的差距也是很明显的。
(6)系统效率
就变压器与逆变电路而言，NPC方式与CSML方式效率非常接近。但由于输出波形质量差异，若采用普通电机，前者必须设置输出滤波器，后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率的0.5%左右。
(7)四象限运行
NPC方式当输入采用对称的PWM整流电路时，可以实现四象限运行，可用于轧机、卷扬机等设备;而CSML方式则无法实现四象限运行。只能用于风机、水泵类负载。
(8)冗余设计
NPC方式的冗余设计很难实现，而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案，大大的有利于提高系统的可靠性。
(9)可维护性
除了可靠性之外，可维护性也是衡量高压大功率变频器的优劣的一个重要因素，CSML方式采用模块化设计，更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子，以及1个光纤插头，就可以抽出整个单元，十分方便。而NPC方式就不那么方便了。
总之，三电平电压形变频器结构简单，且可作成四象限运行的变频器，应用范围宽。如电压等级较高时，采用器件直接串联，带来均压问题，且存在输出谐波和dv/dt等问题，一般要设置输出滤波器，在电网对谐波失真要求较高时，还要设置输入滤波器。而多重化PWM电压型变频器不存在均压问题，且在输入谐波及dv/dt等方面有明显优势。对于普通的风机、水泵类一般不要求四象限运行的场合，CSML变频器有较广阔的应用前景。这类变频器又被国内外设计者称之为完美无谐波变频器。
我公司的设计人员经过多方探讨，综合各种方案的优缺点，最后选定了完美无谐波变频器的CSML方案作为我们的最佳选择，这就是我们向市场推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高压大功率变频器。
3变频器的性能特点
(1)变频器采用多功率单元串联方案，输出波形失真小，可配接普通交流电机，无须输出滤波器。
(2)输入侧采用多重化移相整流技术，电流谐波小，功率因数高。
(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现，提高了抗干扰性及可靠性。
(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统，有利于整机调试和操作人员的培训。
(5)采用全中文的Windows彩色液晶显示触摸界面。
(6)主电路模块化设计，安装、调试、维护方便。
(7)完整的故障监测和报警保护功能。
(8)可选择现场控制、远程控制。
(9)内置PID调节器，可开环或闭环运行。
(10)可根据需要打印输出运行报表。
4工作原理
4.1基本原理
本变频器为交-直-交型单元串联多电平电压源变频调速器，原理框图如图1所示。单元数的多少视电压高低而定，本处以每相为8单元，共24单元为例。每个功率单元承受全部的电机电流、1/8的相电压、1/24的输出功率。24个单元在变压器上都有自立独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。24个二次绕组分成三相位组，互差为20°,以B相为基准，A相8个单元对应的8个二次绕组超前B相20°，C相8个单元对应的8个二次绕组落后B相20°，形成18脉冲整流电路结构。整机原理图如图2所示。
4.2功率单元电路
图1方案原理框图
图2整机原理图（为了简明，图中仅画了18单元）
所有单元都有6支二极管实现三相全波整流，有4个IGBT管构成单相逆变电路。功率单元的主电路如图3所示，4个IGBT管分别用T1、T2、T3、T4表示，它们的门极电压分别是UG1、UG2、UG3、UG4、
每个功率单元的输出都是一样的PWM波。功率单元输出波形如图4所示。逆变器采用多电平移相PWM技术。同一相的功率单元输出完全相同的基准电压(同幅度、同频率、同相位)。多个单元迭加后的输出波形如图5所示。
4.3系统结构与控制
(1)系统结构
整个系统有隔离变压器、3个变频柜和1个控制柜组成，参见图6。
图3功率单元主回路
图4单元电路波形图
图56个单元输出迭加后的波形
图6系统结构图
a)隔离变压器
原边为星形接法，副边共有24个独立的三相绕组，为了适应现场的电网情况，变压器原边留有抽头
b)变频柜
A、B、C三相分装在3个柜内，可分别称为A柜、B柜、C柜
c)控制柜
柜内装有控制系统，柜前板上装有控制面板、控制接线排等。由于电压等级和容量的不同，不同机型的单元的数量不同，面板的布置也会有些不同。
4.4系统控制
整机控制系统有16位单片机担任主控，24个功率单元都有一个自己的辅助CPU，由8位单片机担任，此外还有一个CPU，也是8位单片机，负责管理键盘和显示屏。
(1)利用三次谐波补偿技术提高了电源电压利用率。
(2)控制器有一套独立于高压电源的供电体系，在不加高压的情况下，设备各点的波形与加高压情况相同，这给整机可靠性、调试带来了很大方便。
(3)系统采用了先进的载波移相技术，它的特点是单元输出的基波相迭加、谐波彼此相抵消。所以串联后的总输出波形失真特别小。
5现场应用
本公司分别于2002年8月、10月和2003年3月、4月分别在山东莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂、辽河油田锦州采油厂、浙江永盛化纤有限公司应用了本公司生产的高压大功率变频器JD-BP37-630F2台、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1台。从运行情况看:
(1)变频器结构紧凑，安装简单
由于变频器所有部分都装在柜里，不需要另外的电抗器、滤波器、补偿电容、启动设备等一系列其他装置，所以体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试方便。
(2)电机及机组运行平稳，各项指标满足工艺要求。
由变频器拖动的电机均为三相普通的异步电动机，在整个运行范围内，电机始终运行平稳，温升正常。风机启动时的噪音及启动电流很小，无任何异常震动和噪音。在调速范围内，轴瓦的最高温升均在允许的范围内。
(3)变频器三相输出波形完美，非常接近正弦波。
经现场测试，变频器的三相输出电压波形、电流波形非常标准，说明变频器完全可以控制一般的普通电动机运行，对电机无特殊要求。
(4)变频器运行情况稳定，性能良好。
该设备投运以来，变频器运行一直十分稳定。设备运行过程中，我公司技术人员对变频器输入变压器的温升，功率单元温升定期巡检，完全正常。输出电压及电流波形正弦度很好，谐波含量极少，效率均高于97%，优于同类进口设备。
(5)运行工况改善，工人劳动强度降低。
变频器可随着生产的需要自动调节电动机的转速，达到最佳效果，工人工作强度大大降低。
(6)变频器操作简单，易于掌握及维护。
变频器的起停，改变运行频率等操作简便，操作人员经过半个小时培训就可以全面掌握。另外，变频器各种功能齐全，十分完善，提高了设备可靠性，而且节电效果明显。以山东莱钢股份有限公司应用的JD-BP37-630F变频器为例，该系统生产周期大约为1h，出铁时间为20min，间隔约40min，系统配置电机的额定电流为80A，根据运行情况，及其它生产线的实际运行情况，预计该电机运行电流应在60A，以变频器上限运行频率45HZ时，电流为45A，间隔时间运行频率20HZ时，电流为20A。根据公式测算节能效果达到42.7%。
6结束语
从这几台这几个月的运行情况看，我公司自行研制生产的高压大功率变频器，运行稳定可靠，节能效果显著，改善了工作人员的工作环境，降低了值班人员的劳动强度。变频器对电机保护功能齐全，减少了维修费用，延长了电机及风机的使用寿命，给用户带来了显著的经济效益，深得用户好评。据专家估计我们国家6kV以上的高压大功率电机约有3万多台，约合650万kW，因此，高压大功率变频器的市场是极其广阔的。
高压变频器范文5
【关键词】高压变频器，电动机，输出谐波
引言
按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10kV时称高压，1kV～10kV时称中压。我们习惯上也把额定电压为6kV或3kV的电机称为“高压电机”。由于相应额定电压1～10kV的变频器有着共同的特征，因此，我们把驱动1～10kV交流电动机的变频器称之为高压变频器。
在高压变频器中，对电动机的影响起决定作用的是逆变器的电路结构和控制特性，逆变器的输出谐波 、输出电压变化率和共模电压对电动机的绝缘和使用寿命都有一定的影响。在实际使用中，应根据逆变器的结构和对电动机的具体影响情况采取相应的防治措施。
1.输出谐波对电动机的影响
输出谐波对电动机的影响主要有：电动机的温升过高，转矩脉动和噪声增大。通常采用以下两种方式使作用到电动机上的输出波形接近正弦波：一是设置输出滤波器；二是改变逆变器的结构或连接方式，以降低输出谐波。
对于电流型变频器，可采用输出12脉波方案，使其输出波形接近正弦波；对于电压型变频器，可采用增加输出相电压的电平数目（大于三电平），达到降低输出谐波的目的。尽管三电平逆变器输出波形质量比二电平PWM逆变器有较大的提高，但是在相同开关频率的前提下，输出电压谐波失真仍达29﹪，电动机电流谐波失真达17﹪。因此，如果采用普通电动机，三电平逆变器的输出仍需设置输出滤波器。
2.输出电压变化率对电动机的影响
对于电压型变频器，当输出电压的变化率（du/dt）比较高时，相当于在电动机绕组上反复施加了陡度很大的脉冲电压，加速了电动机的老化。特别是当变频器与电动机之间的电缆距离比较长时，电缆上的分布电感和分布电容所产生的行波反射放大作用增大到一定程度，有时会击穿电动机的绝缘。
经常使用的防治措施一般有两种：一是设置输出电压滤波器；二是降低逆变器功率器件的开关速度。在相同额定输出电压的情况下，逆变的输出电平数越多，输出电压的变化率就越低，通常是传统双电平输出的变化率的1/（m-1）倍，其中m是电平数目。一般情况下，对于三电平PWM电压型变频器，仍不能符合MGI的标准（允许变化范围：1us内从10﹪的相电压峰值变换到90﹪的相电压峰值），还需增加输出滤波器。
3.共模电压对电动机的影响
共模电压也叫零序电压，是指电动机定子绕组的中心点与地之间的电压。
由于上下直流母线的滤波电抗器大小相同，而且流过相同的电流，所以每个电抗器上的压降也相同。由于整流电路在同一时刻只有两相同时导通，导致整流电路输出的直流中点电压不等于供电电源的中心电压。
以接地点g为参考电平，中点电压Umg按以电网电压3倍的频率进行变化，在晶闸管触发延迟角为90°时幅值最大。电流源型变频器逆变器的工作原理与整流器大致相同，因此逆变器输入直流中点对电动机中心点的电压Emn波形与Umg波形大致相同，只是Emn的变化频率为变频器输出频率的3倍，会随着变频器输出频率的变化而变化。
由于Umg=Emn+Ung，所以共模电压Ung=Umg-Emn。由于输出频率一般不等于电网频率，且不断变化，因此Umg与Emn的最大值都可以达到额定相电压峰值的50%，所以共模电压最大可接近相电压的峰值，如果电源的中心点接地，电动机的机壳也接地，这样共模电压就施加到电动机定子绕组的中心点和机壳之间。这样高的共模电压使电动机绕组承受的绝缘应力为电网直接运行的情况下的2倍，严重影响电动机绝缘。当没有输入变压器时，共模电压会直接施加到电动机上，增加绕组对地的电应力，引起绝缘击穿， 影响电动机的使用寿命。
如果设置输入变压器（变压器二次侧中点不能接地），则共模电压由输入变压器 和电动机共同承担，按照输入变压器一次、 二次绕组间的分布电容和电动机绕组对机壳间的分布电容 （两个容抗串联）进行分配。 由于和一般输入变压器的分布电容大大小于电动机绕组对机壳的分布电容（比如前者为后者的1/10），这样约90%的共模电压由输入变压器来承担，只要考虑加强输入变压器的绝缘即可，而变压器的绝缘加强，相对电动机要容易得多。如果没有输入变压器，则电动机绝缘必须加强，以承受共模电压。
结束语
在冶金、钢铁、石油、化工、水处理等工矿企业中，大容量的电动机基本上都是高压电动机。这些企业的风机、泵类、压缩机及各种其他大型机械的拖动电动机消耗的能源占电动机总能耗的70%以上，而且绝大部分都有调速的要求。因此，解决好高压变频器对电动机的影响对企业的节能和整体效益有着非常重要的意义。
参考文献：
[1]王廷才.变频器原理及应用【M】.北京：机械工业出版社，2010.
高压变频器范文6
[关键词]高压变频调速 煤矿瓦斯抽放 节能
中图分类号：D380 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0019-02
1 前言
贵州万峰集团矿业公司织金县三甲煤矿设计能力是年产30万t/a的矿井，目前新投入的瓦斯抽放站使用使用的是2BEC72泵，电机是隔爆型三相异步电机功率是630KW，电压等级是10KV，自从安装上高压变频器作为启动、控制后解决了“大马拉小车”的不经济运行现象同时通过变频器改变了电机的功率因素达到0.98，提高了供电的质量。特别是在井下工况点变化时调节频率实现瓦斯抽放在经济状况下运行，实现节能降耗具有现实的意义。
变频器是控制系统中的功率变换器。当今的控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。在启动电机的过程中是低电压、低频率、低功率这样减小了启动电流使其平稳的启动保证了设备的安全更重要的是节能，在实际中运用自如。
2 高压变频器作为启动控制节能的理论依据
电机的转速与输入频率成正比，即满足如下关系式：
n=60f/（1-s）/p （1）
式中，n为异步电机的转速r/min;f为工作频率Hz;、s为电机的转差率;P为电机的磁极对数。由上述关系，通过改变电动机工作的频率来达到改变电机转速的目的。
从流体力学的原理知，使用电机驱动的泵类，轴功率P与风量Q，风压H的关系为：P∝QxH。
当电动机的转速由n1变化到n2时，Q、H、P与转速的关系如下：
Q2=Q1x （n2/n1） （2）
H2=H1x （n2/n1）2 （3）
P2=P1x （n2/n1）3 （4）
可见流量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速n的立方成正比关系。所以当需要80%的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%。从下图运行曲线来分析采用变频后的节能效果。
从当所抽放的量从Q1减小到Q2时，如果采用关闭单个的瓦斯抽放支管的办法阻力会增加，不关闭那是浪费抽采不起任何作用，当矿井系统工况点从A点变到新的运行工况点B点时（工况点变化指：瓦斯抽放管路的减少、瓦斯少时单个支管的关闭等状况），所需要的轴功率P2与面积H2xQ2成正比;在这样的情况下采用变频调速方式，瓦斯抽放泵的转速由n1下降到n2，其性曲线的变化看已经下移，即从A点移到C点。此时所需的轴功率P3与面积HBxQ2成正比。从理论上分析所节约的轴功率Delt（P）与（HB-HC）xQ2的面积成正比。图中HO为抽采的最低永许工作频率。
3 高压变频器调速控制方案
根据现场的工艺特点，为了保证设备运行的可靠性和节能的的需要，对现场两台瓦斯抽泵采用了一拖二手动切换方案。
在同一时间内，高压变频器只能拖动一台电机运行且相互之间有互锁功能。如果变频出现故障或检修可以随时切换到工频运行。该柜严格按照“五防”联锁要求设计，完全能够保证变频调速系统安全运行。
4 瓦斯抽放系统运行参数与节能计算
在瓦斯抽放系统安装调试完工后投入运行，根据运行情况把高压变频器的频率设置在20Hz-50Hz之间进行了参数观察，其实际数值如下表（见表1）
5 变频器运行的节能效果
煤矿瓦斯抽放泵使用变频器除了软起、软停外最主要的是在煤矿井下工况情况变化和前期投入使用时调节频率实现瓦斯抽放在经济状况下运行。根据运行参数统计和本煤矿的实际情况，本抽放泵一般在35Hz运行时抽放合理瓦斯不超限且在这个频率运行时间的较多些，按设备年平均运行为360天（其余天数为检修时间），节能效果如下计算所示：
5.1 由上统计设备在50Hz运行时年耗电量计算：
W1=P1T=549.4x24x350=4614960kW.h
5.2 由上y计设备在35Hz运行时年耗电量计算：
W2=P2T=338.4x24x350=2920320kW.h
5.3 每年节能计算：
W= W1-W2=4614960-2920320=1694640kW.h
5.4 电价按照0.5元/kW.h计算：
每年节约电费为1694640kW.hx0.5元/kW.h=847320元。
6 使用变频器运行的优点
使用变频器作为瓦斯泵站的启动控制后较大的改善了整个控制工艺，对生产成本又了明显的降低，综合考虑使用变频器后有以下几方面的优点：
6.1 提高网侧功率因数
（1） 电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.85左右，实际运行功率因数远低于0.8，采用变频调速系统后，电源侧功率因数可提高到0.9以上，无需无功补偿装置就能明显减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。
（2）提高网侧功率因数，无功节电明显，无功节电的意义在于降低其他供电母线的线路损耗，降低变压器二次侧电流，节约的无功电流可以让出给电网中其他设备，从而化解了新增设备后的变压器增容问题。同时无功电流的减少可以降低电力变压器的运行温升，从而延长电力变压器的使用寿命。
6.2 降低设备运行与维护费用
（1） 采用变频调速后，由于通过调节电机的转速实现节能，在负荷率较低时，电机和泵的转速也同时降低，设备磨损较之前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长。
（1） 使用变频后管道中各处阀门的可开度是100%，运行中不受任何压力，可显著减少阀门挡板的维护量;变频器在运行中只需要定期对变频器除尘，不用停机保证了生产的延续性。
6.3 延长设备的使用寿命
（1）使用变频调速装置后，可对电机实现软启动、软停机，启动时电流不超过电机额定电流的1.2陪，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。
（2）变频器的启动、停止时间是任意可调的，也就是说启动时的加速度和停车时的减速度是任意可调的。
（3）在整过运行范围内，电机可以保证运行平稳，损耗减小;电机启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动和噪音;
6.4 保证设备安全运行
（1）设备具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多种保护功能，更完善的保护电网和电机。
（2）适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-15%-- +10%之间波动时，系统均可正常运行。操作简单，运行方便，可通过计算机远程给定参数，实现智能调节。
7 结语
对变频调节效果及节能原理进行分析，从实践中得到论证后，笔者在万峰集团矿业公司所属煤矿的瓦斯抽放站（泵型号为2BEC72，功率为630kW）实现变频控制后，经理论与实践两结合将频率设置在35Hz左右节电效果十分明显。
参考文献
