高壓變頻器選型注意事項(xiàng)，了解下
隨著電氣傳動(dòng)技術(shù)尤其是變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,高壓變頻器得到了廣泛的應(yīng)用。各種品牌，不同技術(shù)方案的產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)，本文從電壓等級(jí)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方式等幾方面提出建議，供高壓變頻器用戶選型時(shí)參考。
1.電壓等級(jí)
我國高壓電機(jī)常用電壓等級(jí)為6kV和10kV，另有少量3kV等級(jí)的高壓電機(jī)。絕大部分的高壓變頻器輸入都有一個(gè)隔離變壓器，所以變頻器輸入電壓通常能滿足不同電網(wǎng)電壓等級(jí)的要求。變頻器的輸出電壓等級(jí)選擇通常按照技改項(xiàng)目和新建項(xiàng)目有不同的選擇原則。對(duì)于技改項(xiàng)目，本來電機(jī)工頻運(yùn)行，由于通常不會(huì)更換電機(jī)，加裝變頻器后，要求變頻器的輸出電壓和電網(wǎng)電壓一致，通常為6kV或10kV。對(duì)于新建項(xiàng)目，如果不需要工頻旁路，電機(jī)電壓可以配合變頻器進(jìn)行優(yōu)化，如對(duì)于中小功率可選擇2.3kV或3kV輸出電壓等級(jí)，以降低成本。如果需要工頻旁路，建議變頻器輸出電壓等級(jí)和電網(wǎng)電壓一致，否則旁路比較復(fù)雜。
2.電壓源型和電流源型
目前絕大部分的高壓變頻器均屬于交直交型變頻器，按中間直流環(huán)節(jié)所用儲(chǔ)能元件的不同，可分為電壓源型和電流源型。
目前主要的電流源型變頻器為SGCT-PWM電流源型變頻器。電流源型變頻器的優(yōu)點(diǎn)是能量可以回饋電網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。電源側(cè)常采用三相橋式晶閘管整流電路，輸入電流的諧波較大，為了降低諧波成分，可采取多重化，有時(shí)還必須加輸入濾波裝置。輸入功率因數(shù)一般較低，通常要附加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。由于不像電壓源變頻器，在直流環(huán)節(jié)的大濾波電容能存儲(chǔ)較大的能量，電流源變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較為敏感，電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)容易停機(jī)，是個(gè)比較大的缺點(diǎn)。
若整流電路也采用SGCT做電流PWM控制，可以得到較低的輸入電流諧波和較高的輸入功率因數(shù)，并且可省去輸入隔離變壓器。但PWM整流會(huì)導(dǎo)致變頻器效率有一定程度下降。
電壓源變頻器目前主要有三電平高壓變頻器(采用IGBT或IGCT作為功率器件)和單元串聯(lián)多電平高壓變頻器。電壓源型高壓變頻器由于采用二極管不可控整流，輸入功率因數(shù)相對(duì)較高，且不易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，在電網(wǎng)條件比較差的應(yīng)用場合，明顯比電流源型變頻器穩(wěn)定。三電平變頻器的最高電壓通常不超過4.16kV,單元串聯(lián)多電平變頻器的輸出電壓可達(dá)到10kV。
3.V/F控制和無速度傳感器矢量控制
無速度傳感器矢量控制技術(shù)能在基本不增加硬件成本的情況下，大大提高變頻器的性能，拓展變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域。即使用在風(fēng)機(jī)水泵等穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)要求相對(duì)較低的負(fù)載場合，無速度傳感器矢量控制具有的轉(zhuǎn)矩限幅、快速轉(zhuǎn)速跟蹤再起動(dòng)等功能有效地防止加速過程的過電流跳機(jī)和減速過程中的過電壓跳機(jī)和其它不正常的停機(jī)現(xiàn)象，對(duì)于保證變頻器的可靠運(yùn)行有非常重要的意義，越來越受到用戶的認(rèn)可。目前如西門子、Rockwell、通用廣電、利德華福等廠家都能提供無速度傳感器矢量控制的高壓變頻器。ABB能提供采用直接轉(zhuǎn)矩控制的高性能變頻器。無速度傳感器矢量控制通常可達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：調(diào)速范圍100:1，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度0.5%，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩150%。
4.對(duì)電網(wǎng)諧波污染和輸入功率因數(shù)
對(duì)電網(wǎng)的諧波污染主要取決于整流電路的結(jié)構(gòu)和特性。減少電網(wǎng)諧波污染的主要方式有兩種：多重化整流和PWM整流。單元串聯(lián)多電平高壓變頻器通常整流脈沖數(shù)較多，對(duì)電網(wǎng)諧波污染較小。為了減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，電流源型變頻器通常采用18脈沖整流。三電平電壓源型變頻器至少需要12脈沖以上，要求高時(shí)可采用24脈沖。
電壓源型高壓變頻器由于采用二極管不可控整流，在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)，基波功率因數(shù)一般可保持在0.95以上，一般也不必設(shè)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。電流源型變頻器采用晶閘管整流時(shí)，由于晶閘管觸發(fā)角導(dǎo)致的電流滯后，功率因數(shù)較低，且會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低，往往需要功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。
PWM整流能有效減少諧波，功率因數(shù)可調(diào)，且能量可雙向流動(dòng)。缺點(diǎn)是成本增加，效率下降。
5.輸出波形及對(duì)電機(jī)適用性
輸出諧波對(duì)電機(jī)的影響主要有：引起電機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電機(jī)的額外溫升，電機(jī)往往要降額使用，諧波還會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪音增加。dv/dt和共模電壓會(huì)影響電機(jī)絕緣。
普通的二電平和三電平PWM電壓源型變頻器由于輸出電壓跳變臺(tái)階較大，相電壓的跳變分別達(dá)到直流母線電壓和直流母線電壓的一半，會(huì)產(chǎn)生較大的dv/dt。較大的dv/dt會(huì)影響電機(jī)的絕緣。所以這種變頻器一般需要特殊設(shè)計(jì)的電機(jī)，電機(jī)絕緣必須加強(qiáng)。如果要使用普通電機(jī)，必須附加輸出dv/dt濾波器。
單元串聯(lián)多電平高壓變頻器由于輸出電壓臺(tái)階多、等效開關(guān)頻率高，輸出波形得到極大改善。輸出諧波、噪聲、dv/dt和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)均很小。所以這種變頻器不加濾波器就可用于任何普通的高壓電機(jī),且不必降額使用。
當(dāng)沒有輸入變壓器時(shí)，共模電壓會(huì)直接施加到電機(jī)上，增加繞組對(duì)地的絕緣應(yīng)力，引起絕緣擊穿，影響電機(jī)的使用壽命(也有采用共模電抗器方案，一定程度上減緩共模電壓的影響)。如果設(shè)置輸入變壓器，則共模電壓由輸入變壓器和電機(jī)共同來承擔(dān)，且主要由輸入變壓器承擔(dān)。
6.節(jié)電率
通常而言，某個(gè)設(shè)備，如風(fēng)機(jī)或水泵，應(yīng)用變頻器后節(jié)電率和變頻器本身關(guān)系不大，主要由改造前變頻器的運(yùn)行工況決定。如原來擋板、閥門的開度等。不同的變頻器效率上可能有些差異，但對(duì)整體節(jié)能率的影響微乎其微。
7.國產(chǎn)品牌和進(jìn)口品牌
早期我國市場上的高壓變頻器主要采用羅賓康、Rockwell等進(jìn)口品牌。現(xiàn)在，隨著國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)的迅速發(fā)展，國產(chǎn)主流高壓變頻器在功能、可靠性等方面已經(jīng)達(dá)到國際水平，在成本和服務(wù)方面則占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)，目前國產(chǎn)高壓變頻器占有率超過60%。在大容量(5000kW以上)和高性能應(yīng)用(軋機(jī)、提升等應(yīng)用)及水冷變頻器方面，目前國外著名品牌還占有較大的優(yōu)勢(shì)，在中小功率的常規(guī)應(yīng)用(風(fēng)機(jī)、水泵)方面，國產(chǎn)高壓變頻器已能完全滿足用戶要求。
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