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摘要：作为促进经济发展的先驱力量,工业生产一直是我国电力能源的消费大户。我国电机系统运行能源耗损大,生产效益低,如何改善这一现状是每一位业内从业者均应认真思考的一个问题。本文针对大功率高压变频器的设计及应用进行了浅谈。
关键词：大功率；高压；变频器；设计；应用
在工业生产中，电机是主要的耗电设备，高压大功率电动机尤其明显，这些设备当中普遍存在着很大的节能潜能，这亦决定了新时期大力发展高压大功率变频技术应用的迫切性和必要性。近些年的实践中表明，应用高压大功率变频系统具有可靠性强、经济效益好的特点，变频调速以其启动和制动性能、优异的调速、高功率因数、高效率、广泛的使用及良好的节能效果等优势而被公认为最具发展前途的调速方式，是调速技术未来发展的方向。那么在这一技术当中，高压变频器是如何在大功率电动机的应用中发挥调速节能作用的，基于此，本文针对大功率高压变频器的设计及应用进行了阐述。
1大功率高压变频器的设计原则
1.1我国高压变频器的应用现状
当下最为常见的是“高-高”型变频调速装置，电流源型、单元串联多电平PWM电压型等变频器均属于这一类型。电流源型通过局部使用SGCT直接串联的方式来提升耐压性能，直流部分使用电抗器储能，输出电压最高值可达到7.2kV，主要被用于国内电压为6kV左右的电机。
1.2设计需求
据相关调查获悉，单元串联多电平电压源型变频器凭借谐波量小、结构一体化与方便维护等优点，深受市场消费者青睐。这一类型的高压变频器按照拖动数量可分为：一拖一，一拖二，一拖多方式。一拖一自动旁路方式，具备结构框架严谨、操作控制便捷、接口配置灵活等优点，是目前最受用户欢迎的一种类型。
1.3系统原理与配置
1.3.1一拖一自动旁路变频器系统原理
此系统输入侧可直接接入用户侧高压电即3kV，6kV或10kV无需加隔离电抗器，经移相变压器将高压电变为多组功率单元需要的低压电，功率单元实现“交-直-交”转换后经多单元串联实现高压的输出。如图1所示。
1.3.3高压输入输出部分
该部分主要负责完成高压电对用户的输入输出以及变频器检修期间电气隔离工作。通常情况下，这一部分主要由隔离开关、真空接触器、进出线绝缘子三部分组成。部分用户有特殊需求，会将真空接触器更换成真空断路器或手车断路器。用户仅需隔离开关与绝缘子，就能实现手动旁路功能，无需使用断路器或接触器便能实现自动控制。
1.3.4移相隔离部分
这一部分主要负责将输入的三相交流高压电变转换成多组相位不同的低压交流电，按照各部分不同需求，输送至功率柜的各功率单元。考虑到移相变副边使用的是多绕组输送，同时绕组间为隔离状态，所以一般通过功率单元输送各自专属的移相电源。这种方法最明显的优势是能够在使用过程中，提高电网功率因素，最大化降低电网侧的谐波干扰，改善电流波形。
1.3.5功率变换部分
这一部分主要负责接收来自移相变的低压电，通过三相不控桥式整流电路的处理后，移相变的低压电会被转化为脉动的直流电，然后经过电容器组滤波调整成直流电压，被送往H桥式逆变电路中。多个单元模块在串联叠加的情况下，高压交流电的输出将达到最高值。为有效降低谐波干扰，一般会使用SPWM技术对各功率单元输出加以控制。
1.3.6控制部分
控制部分的主要构成要素包括两方面，一是功率单元检测与保护控制，二是变频器系统的控制。在功率单元检测与保护控制版块中，检测电路与旁通回路为不可或缺的重要组成部分，会对功率单元电流、电压等进行检测，发挥出过电压、欠电压等保护作用。在变频器控制系统中，上位机、下位机、PLC模块为主要组成部分，控制单元是这一板块的核心，是经双DSP组成的数字信号处理控制系统。在人机操作界面的辅助下，系统将会顺利接收到功率单元的状态信息，同时系统根据指令输出控制信号利用光纤传递给各单元。
2大功率高压变频器的应用
选取一家生产机械产品的大型工厂为研究对象，该工厂每日生产过程中会产生大量粉尘，因此多使用除尘风机进行处理。这些风机均为三相异步电动机，由于主要使用挡风板调节风门，所以容易形成挡风板两侧风压，导致电能浪费。另外，该风机挡风板主要通过大力矩电动控制，非常容易发生故障。考虑到高压电机的特点，大惯量风机启动过于频繁会严重影响到高压电机的使用寿命，所以在本次应用过程中，禁止随意开关高压电机。也就是说，当电炉无需除尘机清除灰尘时，倘若使用传统方式，利用调节封板减小风量则会导致大量电能浪费在挡风板上。使用高压变频器后，可按照风量需求，直接通过高压变频器调节功率，即可节约大量电能。
目前，假设电厂电费每度0.5元计算，使用大功率高压变频器后，该除尘机每日节约电能：3150kW•h，除尘机每日节约电费：0.5×3150=1575元。经过节能改造，最终发现，自大功率高压变频器运行以来，在满足日常工作需求的前提下，有效节约了电能耗损，延长了风机的使用寿命，提高了工厂的生产效益。
结语
高压变频器在大功率电动机中调速节能的应用，给大功率电动机的运行带来了新的生机，其高效的节能效果和上佳的调速效果，即满足了节约能源的要求，也满足了自身运行配置的需要，高压变频器的应用将是未来大功率电动机调速的方向，促进了电动机领域的长足发展。
参考文献
[1]严伟.级联型高压变频器的设计与应用研究[D].长沙：湖南大学，2012.
[2]张利军，孙瑞平.超大功率高压变频器的应用研究[J].机械制造与自动化，2011（2）：156-158.
论文作者:郭晓星
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/7
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