ABB PFVK 104

 

　随着大功率变频技术的发展，高压变频装置已越来越多的被应用于工况企业。水泥厂是个耗电大户，近年来，由于节能降耗的需要，水泥企业一些大功率设备也开始采用变频调速，应用变频器的设备日益增多，如：高温风机、离心风机、水泵、圆盘给料机、螺旋输送机、粉碎机、皮带输送机及排风扇等，用大功率变频器取代传统的液力耦合器对高温风机、直流装置对回转窑的调速，及阀门对大型风机风量的调节。应用后不但节省了电费支出，并提高了产品质量，增加了使用上的灵活性，对不同工艺要求适应性更强。尤其对风机的变频改造后，改变了过去以改变开度方式来调节风压或风量的传统生产模式，劳动强度减轻，调节控制的准确性好，提高了产品的合格率，节电效果可达30%-60%。但大功率变频技术（尤其是高压变频）正在发展中，到目前为止还没有像低压变频器那样有近乎统一的拓扑结构，工程技术人员对其认识也在逐步成熟中。为了技术经济合理地使用好大功率变频装置，下面将对其控制方式、技术性能及适用的工况进行系统分析，并就其在水泥厂的使用、选配和应注意的问题进行阐述。

1、大功率变频器结构形式

　　大功率变频器按主回路拓扑结构可分为“高-低-高”式变频器、“高-低”式变频器、“高-高”式变频器。“高-高”式又分为电流型、中性点钳位的三电平电压型和单元串联多电平电压型。其中：“高-低-高”式变频器，由于两侧均需大型变压器，损耗高，变频系统启动时负载能力将下降，谐波较大等缺点，使其发展受到限制。“高-高”电流型变频器，一般为两电平结构，电动机承受的du/dt较大，且需均压和缓冲电路，技术复杂，器件较多，装置体积大，调整和维修都比较困难，功率因数较低，并随负载变化而变化，不好补偿，输出谐波和共模电压对电机的影响等问题，电机需降额使用和加强绝缘。其优点是不需外加电路就可将负载的再生能量回馈电网。目前，主要应用于超大功率场合。

　　由于上述所叙原因，目前，水泥厂在大功率变频器选用上，较少采用“高-低-高”式和高压电流型变频器，一般采用“高-低”式、三电平电压型和多电平电压型变频器。

　　（1）“高-低”式结构中变频器为低压，电源输入侧采用变压器将高压变为低压。由于采用低压变频器，变频器的容量受到限制，电动机需采用专门的变频低压电机，其电压等级一般为690V，水泥厂800KW以下的设备采用这种结构形式较多。但该类型变频器一旦故障，电机不能投入工频电网运行，且产生的谐波较高。

　　（2）中性点钳位的三电平电压型变频器。其整流电路常采用１２脉冲或24脉冲二极管整流结构，逆变部分采用IGBT或IGCT，在逆变器部分采用钳位电路，解决了功率器件的串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。该变频器的主回路结构环节少，与二电平结构相比，其逆变器件承受的电压降低，输出电压波形也有较大的改善。三电平电压型变频器效率较高，动态性能较好，过载能力较强。其不足是虽然通过网侧配置，可实现或24脉冲整流，减少网侧谐波，但du/dt仍较大，电动机电流总谐波仍可达１７％以上，所以一般需配特殊电机，若要使用普通电机，必须附加输出滤波器。另外，其现在最高输出电压只能做到4.16KV，采用这种变频器，必须采用变通的方法，改变电机的电压或在输出侧加升压变压器，这是制约其使用的最大问题。

　　（3）单元串联多电平电压型变频器。其采用多个低压PWM变频单元串联的方式实现直接高压,电网电压经过隔离变压器降压后给功率单元供电,单相变频功率单元在输出端串联起来,实现变压变频的高压输出,直供高压电动机。

　　这种变频器输入侧变压器采用多相移位技术，输出侧采用多电平正弦PWM技术，谐波较低，在无输出滤波器的情况下，就可使THD<1％，其单元串联的数量决定输出电压的等级，所以它可适用于任何普通的高压电动机。虽然采用这种结构会使器件的数量增加，但由于驱动功率下降，开关频率较低且不必采用均压电路，系统的效率仍可达97%，功率因数可达0.95以上。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，便于冗余设计，技术上较成熟。< p="">

　　其缺点是只能单象限运行，不能进行旁路切换，不能实现无熔断器设计，器件的数量多，体积大，可靠性差。并且变压器必须和变频器集成在一起，使电气室的空间和散热成为问题。

　　由于其他高压变频器受技术条件的局限，目前，在通用型高压变频器领域单元串联多电平变频器仍占绝对优势。                       

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