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从变频器应用实际看变频器种类

在变频器应用上,我们发现早期我国的电动机用电量占全国发电量的60%~70%,风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是:风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。由于风机、水泵类大多为平房转矩负载,轴功率与转速成立方关系,所以当风机、水泵转速下降时,消耗的功率也大大下降,因此节能潜力非常大,最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量,应用变频器节电率为20%~50%,效益显著。

  许多机械由于工艺需要,要求电动机能够调速。过去由于交流电动机调速困难,调速性能要求高的场合都采用直流调速,而直流电冬季结构复杂,体积大,维修困难,因此随着变频调速技术的成熟,交流调速正逐步取代直流调速,往往需要进行是量和直接转矩控制,来满足各种工艺要求。

  利用变频器拖动电动机,起动电流小,可以实现软起动和无级调速,方便的进行加减速控制,是电动机获得高性能,大幅度地节约电能,因而变频器在工业生产和生活中得到了越来越广泛的应用。

  正因为变频器应用越发广泛,变频器种类型号越发众多,我们施耐德变频器维修部门工程师根据日常施耐德变频器维修工作经验,将变频器种类做了大致分类。

  电流源型。电流源型逆变部分采用SGCT直接串联解决耐压问题,直流部分用电抗器储存能量,目前的技术水平可以做到7.2KV输出电压,所以适应国内大部分电压为6KV这一现状。电流源型变频器输入侧的功率因数比较低,电抗器的发热量较大,效率比电压源型变频器低,由于采用电流控制,输出滤波器的设计比较麻烦,而两电平变频器的共模电压和谐波、dv/dt问题较突出,所以对电机的要求较高。我们施耐德变频器维修部门工程师根据日常施耐德变频器维修工作经验发现虽然电流源型变频器有可回馈能量的优点,但是需要回馈能量的负载毕竟不是太多,尤其是通用型的变频器,所以电流源型变频器的市场竞争能力已经逐渐变弱。

  功率单元串联多电平型。此变频器采用多个低压的功率单元串联实现高压,输入侧的降压变压器采用移相方式,可有效消除对电网的谐波污染,输出侧采用多电平正弦PWM技术,可适用于任何电压的普通电机,另外,在某个功率单元出现故障时,可自动退出系统,而其余的功率单元可继续保持电机的运行,减少停机时造成的损失。系统采用模块化设计,可迅速替换故障模块。我们施耐德变频器维修部门工程师根据日常施耐德变频器维修工作经验发现单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。

  三电平型。三电平型变频器采用钳位电路,解决了两只功率器件的串联的问题,并使相电压输出具有三个电平。三电平逆变器的主回路结构环节少,虽然为电压源型结构,但易于实现能量回馈。三电平变频器在国内市场遇到的最大难题是电压问题,其最大输出电压达不到6KV,所以往往需要采用变通的方法,要么改变电机的电压,要么在输出侧加升压变压器。这一弱点限制了它的应用。

  目前,虽然有人提出了其他不同的高压变频器解决方案,但大都不具有明显的可行性,或者说不具有将上述三种主流变频器结构取而代之的潜力。

  随着高压变频器成本的进一步降低,在中等功率市场,高低型变频器将会退出竞争,而只关注于较小功率的场合。对于单元串联多电平型变频器,主要缺点是变流环节复杂,功率元器件数目多,体积略大一些,但是,在其他的方式不能解决国内应用的需要,高压器件应用的可靠性还不是太高的情况下,其竞争优势在最近的一段时期内,可能还是无法替代的。

  三电平型变频器由于输出电压不高的问题,我们施耐德变频器维修部门工程师根据日常施耐德变频器维修工作经验发现我们施耐德变频器维修部门工程师根据日常施耐德变频器维修工作经验发现主要的应用范围应该是在一些特种领域,如轧钢机、轮船驱动、机车牵引、提升机等等,这些领域的电机都是特殊定制的,电压可以不是标准电压。在一定的功率水平,三电平型变频器取代传统的变频器是技术发展的趋势。三电平变频器的更大发展有待于更高耐压的功率器件的出现和现有产品可靠性的进一步提高。在超大功率场合,即大约8000KW以上的功率,用可控硅构成的LCI(负载换流逆变器)电流源型变频器仍旧是主角。

  由于上述的技术特征,通用型高压变频器目前是单元串联多电平型变频器占多数,约7成以上。目前国内高压变频器厂家有不下二十家,基本都采用这种电路结构。

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