風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速是我國(guó)節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國(guó)家政府和企業(yè)的普遍重視。《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》第39條就明確規(guī)定了將此作為通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。國(guó)務(wù)院、財(cái)政部、電力部對(duì)節(jié)能都有規(guī)定，指出:“要把實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)調(diào)速節(jié)電作為重點(diǎn)措施，認(rèn)真推廣”。以往推廣應(yīng)用的變頻器主要是指低壓(380級(jí))變頻器，而對(duì)于高壓(3kV、6kV、10kV)變頻器則應(yīng)用較少。實(shí)際上從節(jié)能效果上來(lái)說(shuō)，高壓變頻與低壓變頻是一樣的。所不同的是高壓變頻投資更大，操作更加復(fù)雜。

 二、高壓變頻應(yīng)用場(chǎng)合

引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、吸塵風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、排污泵、鍋爐給水泵等

引風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、泥漿泵、除垢泵等

主管道泵、注水泵、循環(huán)水泵、鍋爐給水泵、電潛泵、鹵水泵、引 風(fēng)機(jī)、除垢泵等

水泵等

污水泵、凈化泵、清水泵等

窯爐引風(fēng)機(jī)、壓力送風(fēng)機(jī)、冷卻器吸塵風(fēng)機(jī)、生料碾磨機(jī)、窯爐供氣風(fēng)機(jī)、冷卻器排風(fēng)機(jī)、分選器風(fēng)機(jī)、主吸塵風(fēng)機(jī)等

(1) 隔離變壓器：副邊多繞組輸出，為功率單元提供獨(dú)立的移相電源，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，降低設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。

(2) 冷卻風(fēng)機(jī)：根據(jù)不同的功率，配置相應(yīng)的干式變壓器專用冷卻風(fēng)機(jī)。

(1) 控制器：實(shí)現(xiàn)空間矢量的PWM控制，信號(hào)采集與處理，與單元間光纖通訊，完全電氣隔離。

(2) 功率單元：功率單元模塊化設(shè)計(jì)，可以互換，便于生產(chǎn)和維護(hù)。

(3) 接口板：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)字和模擬信號(hào)處理，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求。

(4) 液晶屏：參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行記錄、故障保存及通訊等功能。為單片機(jī)方式，全中文顯示，無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，可靠性更高。

旁路柜或切換柜開關(guān)可根據(jù)用戶工況要求選用隔離刀閘、真空接觸器或兩者的組合方式。旁路柜的作用是在變頻器退出運(yùn)行后，將電機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行，保證生產(chǎn)的連續(xù)性；切換柜的作用是將變頻器輸出切換到不同電機(jī)。

要求風(fēng)量大，壽命長(zhǎng)。

 

 

圖17 變頻器外觀圖

HY系列高壓大容量變頻器（因6 kV、10 kV電壓均屬中壓范圍，國(guó)際上通稱該電壓等級(jí)的變頻器為中壓變頻器，但在國(guó)內(nèi)該電壓等級(jí)的電機(jī)習(xí)慣上稱為高壓電機(jī)，與之相配的變頻器也就叫高壓變頻器）是華藝公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的高壓交流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置。變頻器采用先進(jìn)的功率單元串聯(lián)疊波技術(shù)、空間矢量控制的正弦波PWM調(diào)制方法，新穎的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能優(yōu)越、操作簡(jiǎn)便?？蓱?yīng)用于高壓交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)類負(fù)載的調(diào)速、節(jié)能、軟啟動(dòng)和智能控制等多種場(chǎng)合。

(1) 輸入側(cè)隔離變壓器二次繞組經(jīng)過(guò)移相降壓，為每個(gè)功率單元提供獨(dú)立的電源，對(duì)6 kV而言相當(dāng)于30脈沖（10 kV為54脈沖）不可控整流輸入，消除了大部分由單個(gè)功率單元所引起的諧波電流，極大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波的產(chǎn)生；

(2) 變頻器引起的網(wǎng)側(cè)諧波含量滿足IEEE Std519-1992和GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對(duì)諧波含量的最嚴(yán)格要求，無(wú)需安裝輸入濾波器，并保護(hù)周邊設(shè)備免受諧波干擾。正常調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)大于0.95，無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償電容；

(3) 減少無(wú)功輸入，降低供電容量。

 

 

圖18 參數(shù)波形圖

單元串聯(lián)脈寬調(diào)制疊波輸出，6kV系列每相5個(gè)單元，10kV系列每相9個(gè)單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美正弦波，與其它形式高壓大容量變頻器比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 無(wú)需輸出濾波裝置

(2) 可以驅(qū)動(dòng)普通高壓電動(dòng)機(jī)，不會(huì)增加電機(jī)升溫，降低電機(jī)容量，電機(jī)電纜無(wú)長(zhǎng)度限制

(3) 保護(hù)電機(jī)絕緣不受dv/dt 應(yīng)力的損害

(4) 不會(huì)因?yàn)橹C波力矩而降低設(shè)備使用壽命

通用變頻器用戶界面，一共有三個(gè)指示燈，左邊紅燈亮表示變頻器已上高壓且已正常

待機(jī)；綠燈亮表示變頻器正在運(yùn)行，輸出有高壓電；右邊的紅燈常亮表示有重故障，變頻器需要斷開高壓，解除故障后才可以繼續(xù)加高壓電，紅燈閃亮表示有輕故障，變頻器可以繼續(xù)運(yùn)行，但需要排除故障。

指示燈下方是一塊240×128分辨率的工業(yè)級(jí)液晶屏，可以顯示8行中文，可以完成對(duì)變頻器的一切操作。通過(guò)PRG鍵完成四種屏顯狀態(tài)，依次切換為系統(tǒng)狀態(tài)屏、功能設(shè)置屏、參數(shù)設(shè)置屏、故障記錄屏。由于本器件無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定可靠，軟件升級(jí)容易。

(1) 本地控制：通過(guò)柜門按鈕或觸摸屏直接控制，為主要控制方式；

(2) 遠(yuǎn)程I/O控制：通過(guò)變頻器內(nèi)置接口板的I/O接口，與遠(yuǎn)程開關(guān)量信號(hào)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；

(3) 上位控制：隔離RS485接口，采用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊規(guī)約，可與DCS等上位系統(tǒng)連接，優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。

 5、五種頻率給定方式

(1) 通過(guò)主界面直接給定

(2) 由模擬信號(hào)（0~10V或4~20mA信號(hào)）給定

(3) 由上位機(jī)通過(guò)RS485端口給定

(4) 多檔速度給定，適合于周期性變化工況

(5) 閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，由內(nèi)置PID通過(guò)計(jì)算自動(dòng)給定

 6、AVR電壓自動(dòng)調(diào)整功能

變頻器根據(jù)電壓反饋，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化的影響，保護(hù)電機(jī)免受因長(zhǎng)期電壓過(guò)高而導(dǎo)致的絕緣損傷或磁密過(guò)高而引起的鐵芯過(guò)度發(fā)熱。

 7、PID功能

內(nèi)置全數(shù)字PID，可根據(jù)用戶要求進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流運(yùn)行

 8、限流功能

當(dāng)變頻器輸出電流超過(guò)設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負(fù)載突然變化而引起的過(guò)流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。

HY變頻器具有完善的自我診斷能力，在線監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。故障發(fā)生時(shí)，變頻器自動(dòng)采取相應(yīng)保護(hù)措施，并保存故障發(fā)生的時(shí)間、原因、故障點(diǎn)，可幫助維護(hù)人員迅速找到故障原因，排除故障。

電網(wǎng)瞬時(shí)停電時(shí)，變頻器控制電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，維持減速運(yùn)轉(zhuǎn)，若電網(wǎng)恢復(fù)正常，變頻器立即回復(fù)至原運(yùn)行狀態(tài)。維持時(shí)間100ms，風(fēng)機(jī)負(fù)載可達(dá)3s。

(1) 高效率，系統(tǒng)總效率高達(dá)96%以上

(2) 控制電源雙路供電

(3) 寬廣的輸入電壓范圍，更適合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)條件

(4) 快速制動(dòng)功能

(5) 共振頻率回避功能

(6) 可根據(jù)用戶要求作特殊設(shè)計(jì)

(7) 制動(dòng)能量回饋功能（需定制）

HY系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓（高-高）方式，主電路開關(guān)元件為IGBT。由于IGBT耐壓所限。HY變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。

1、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
6kV系列：一般由15個(gè)功率模塊組成，每5個(gè)功率模塊串聯(lián)成一相，三相Y接。

10kV系列：一般由27個(gè)功率模塊組成，每9個(gè)功率模塊串聯(lián)成一相，三相Y接。

 

 

 

圖19 主電路拓?fù)鋱D

 

HY高壓變頻器每相由多個(gè)功率單元串聯(lián)而成，各個(gè)功率單元由隔離變壓器的二次線圈分別隔離，移相電源通過(guò)改變串聯(lián)單元數(shù)量，可以很方便地得到不同電壓等級(jí)的輸出，而不受功率器件耐壓的限制。如額定電壓6kV變頻器的每相由5個(gè)功率單元組成，功率單元額定電壓為690V，串聯(lián)后相電壓為3450V（對(duì)應(yīng)線電壓為6kV）；額定電壓10kV變頻器的每項(xiàng)由9個(gè)功率單元組成，功率單元額定電壓為690V，工作電壓為640V。

 

 

圖20 電壓疊加圖

3．功率單元結(jié)構(gòu)圖

 

 

圖21 功率單元結(jié)構(gòu)圖

HY高壓變頻器由多個(gè)功率單元串聯(lián)而成，各個(gè)功率單元由輸入隔離變壓器的二次隔離線圈分別供電。功率單元為交-直-交結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)三相輸入、單相輸出的低壓電壓源型變頻器，所有功率單元在結(jié)構(gòu)以及電氣性能上完全一致，維護(hù)簡(jiǎn)單，置換方便。

功率單元通過(guò)光纖接收信號(hào)，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制Q1～Q4 IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個(gè)單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當(dāng)Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為1；當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為-1；當(dāng)Q1和Q2或者Q3和Q4導(dǎo)通時(shí)，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為0。

 如：HY—T06/120代表6 kV電壓等級(jí)，額定輸出電流120A（容量1250 kVA）變頻器，用于驅(qū)動(dòng)額定功率不大于1000kW的同步電動(dòng)機(jī)；HY—Y10/036代表10 kV電壓等級(jí)，額定輸出電流36A（容量630 kVA）變頻器，用于驅(qū)動(dòng)額定功率不大于500kW的異步電動(dòng)機(jī)。

 2、技術(shù)參數(shù)

	6 kV系列	10kV系列
額定輸入電壓	6kV(-20%~15%)	10kV(-20%~15%)
輸入頻率	45Hz~55Hz
調(diào)制技術(shù)	空間矢量控制的正弦波PWM
控制電源	220VAC，1 kVA
輸入功率因數(shù)	額定負(fù)載下≥0.96
效率（含變壓器）	額定負(fù)載下≥96%
輸出頻率范圍	0Hz~120Hz
輸出頻率分辯率	0.01Hz
過(guò)載能力	120%1分鐘，150%立即保護(hù)
模擬量輸入	兩路，0~10V/4~20mA
模擬量輸出	兩路，0~10V/4~20mA
上位通訊	隔離RS485接口，MODBUS規(guī)約
加減時(shí)間	5秒~1600秒，連續(xù)可調(diào)
開關(guān)量輸入輸出	12入/9出
運(yùn)行環(huán)境溫度	0到40℃
貯存/運(yùn)輸溫度	-40到70℃
冷卻方式	強(qiáng)迫風(fēng)冷
環(huán)境濕度	＜90%，不結(jié)露
安裝海拔高度	＜1000米（超過(guò)1000米時(shí)，需降額使用）
防護(hù)等級(jí)	IP30