中壓變頻器及應(yīng)用綜述

1引言

變頻器正向著低噪聲、高性能、高可靠性方向發(fā)展，通用變頻器以其調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、效率高及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)約能源，控制工業(yè)生產(chǎn)過程，提高企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平等方面取得了良好的效果。隨著通用變頻器的廣泛應(yīng)用，中壓變頻器正在得到推廣和應(yīng)用。中壓變頻調(diào)速有多種方案，如中—低—中方案，中—低方案及中—中方案等，用戶應(yīng)結(jié)合本身中壓電機(jī)負(fù)載的情況選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的方案。本文就目前中壓變頻器的最新進(jìn)展及應(yīng)用發(fā)表一些看法供參考。

2中壓變頻器產(chǎn)品及概況

（1）西門子公司

西門子公司傳動(dòng)產(chǎn)品系列齊全，覆蓋所有的應(yīng)用領(lǐng)域，包括電流源型、電壓源型和公共直流母線型。在中壓變頻器應(yīng)用領(lǐng)域，西門子公司采用中—低—中方案較好地解決了(300～630)kW/6kV電機(jī)的調(diào)速問題，即在通用變頻器的輸入側(cè)加一個(gè)降壓變壓器，在輸出側(cè)加一個(gè)升壓變壓器組成中壓變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是可靠性高，價(jià)格較低，考慮到變頻器輸出含有高次諧波和直流分量，輸出升壓變壓器需特殊設(shè)計(jì)。若將中壓6kV電機(jī)改為690V或3300V電機(jī)，則只用降壓變壓器、變頻器組成變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即所謂中—低方案。中壓變頻器可用于新工程項(xiàng)目和技改項(xiàng)目，在新工程項(xiàng)目中，可根據(jù)工藝要求對電機(jī)、變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)做出合理的選擇，而在技改項(xiàng)目中，可將6kV電機(jī)改為3300V或更低電壓等級的電機(jī)，雖增加了費(fèi)用和工作量，但卻使得電機(jī)、變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更加合理，中—低方案不僅解決了風(fēng)機(jī)、泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速問題，而且對于具有較高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩的負(fù)載（如擠壓機(jī)、提升機(jī)等轉(zhuǎn)矩負(fù)載）也提供了較好的解決方案。為配套方便，西門子公司已在國內(nèi)提供3300V、690V中低壓電機(jī)。以下就西門子公司推出的采用高壓IGBT、三電平技術(shù)的直接高壓中壓變頻器做一介紹。

SIMOVERTMV中壓變頻器采用具有優(yōu)秀性能的矢量轉(zhuǎn)換磁場定向控制原理，其具有極高的動(dòng)態(tài)性能、極佳的轉(zhuǎn)矩質(zhì)量和完美的控制特性，采用高壓IGBT具有可靠性高、驅(qū)動(dòng)簡單、觸發(fā)功率低、不需要緩沖電路的特點(diǎn)，采用三電平技術(shù)降低對電機(jī)的沖擊。圖1為MV系統(tǒng)原理圖。

MV系列中壓變頻器保持了西門子低壓變頻器模塊化結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其輸入變壓器為三繞組，采用AFE有源前端的MV變頻器可用于弱電網(wǎng)，具有動(dòng)能儲(chǔ)備電源、飛車再起動(dòng)電源和自動(dòng)再起動(dòng)功能。額定電機(jī)電壓為23kV，33kV，416kV及6kV等規(guī)格。

（2）美國AB公司

AB公司中壓變頻器為Bulletin1557系列，控制方式采用無速度傳感器直接矢量控制，電機(jī)轉(zhuǎn)矩可快速變化而不影響磁通，運(yùn)行效果近似直流傳動(dòng)裝置。電路結(jié)構(gòu)為交—直—交電流源型，采用功率器件為GTO，綜合了脈寬調(diào)制技術(shù)和電流源功率結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)；其諧波符合IEEE5191992，AB可提供幾種方案以滿足諧波抑制的要求，如標(biāo)準(zhǔn)的12脈沖或18脈沖整流器，標(biāo)準(zhǔn)的諧波濾波器或功率因數(shù)補(bǔ)償器及PWM整流器等。圖2為18脈沖整流器結(jié)構(gòu)的Bulletin1557變頻器。

圖1MV系統(tǒng)原理圖

圖218脈沖結(jié)構(gòu)的Bulletin1557變頻器

圖3ACS1000的結(jié)構(gòu)原理圖