摘 要： 由于生產過程中系統煙氣量波動較頻繁，且波動范同較大，為達到調節準確、減小對電網的沖擊、節省能源的目的，在S02風機中采用了高壓變頻調速技術。從3個方面論述了變頻調速的技術方案的優缺點，從高壓變頻調速系統的工作原理、系統結構、控制系統組成等方面闡述了高壓變頻器的技術特點．從而論證了高壓變頻器在使用中的優越性及顯著的節電效果。
關鍵詞：高壓變頻器：技術特點：節電效果
0 引言
近年來．高壓變頻調速技術已越來越多的應用在各行各業，以達到節約電能、改善電機系統壽命、提高產品質量的目的高壓變頻器在全世界的應用比低壓變頻器晚．其主要原岡是受逆變器開關器件制造水平的制約近十年來．隨著新器件的問世．器件耐壓水平不斷提高．高壓變頻器得到了迅速發展和廣泛應用[1]。按我國的電壓標準．通常把額定電壓3kv以上的電機稱為高壓電動機．其主要電壓等級為3、6、10kV等，文中將用于這些電壓等級電動機的變頻器稱為高壓變頻器。
1 應用高壓變頻器的優勢
某企業生產裝置中有一臺1400kW、l0kV的S0，風機，其是丁藝流程中的關鍵設備。由于生產過程中系統炯氣量波動較頻繁．且波動范圍較大．如果川傳統的前導可調機構來調節風機的流量和壓力，淵節范圍受到限制．一般在40％～100％．且調節線性太差．跟不上工況變化速度，故能耗很高：而用變頻調節響應極快．基本與工況變化同步．可滿足工藝的需要，且風機啟動運行平滑，不會對電機、軸承、風機產生較大的沖擊．可達到調節準確、節省能源的目的。
根據異步電動機轉速公式：n=60f（1一s）/p，可以看出．轉差率s變化不大，可視為恒定，一旦電機制造完成電機極對數p也是常數．所以電機轉速n與電源頻率f是成正比的。只要改變頻率f，即可改變電機轉速．當頻率廠在0～50Hz之間變化時，電機轉速調節范圍是非常寬的根據流體力學流量與風機轉速的關系可知．電機功率P與轉速n的立方成正比．隨著轉速的降低。電機功率以轉速的3次方關系遞減因此隨著電機轉速的降低．電機消耗的電能下降幅度很大。可見，使用高壓變頻器對SO2風機調速的節電效果將非常顯著．經估算．2～3年就可以收回成本。
2 變頻調速技術方案
變頻調速一般有以下3種方案可以實施應用：①高一高方式，即采用10kv（6kv）電壓等級的變頻器，直接由電網l0kV（6kV）供電，電機選用高壓電機；②高一低一高方式，就是先將高壓電源變成低壓電源．采用低壓變頻器變頻后再升壓．電機選用高壓電機；③高一低方式，就是用一臺單獨的變壓器，將l0kV（6kv）高壓降至380V，采用低壓變頻器，用低壓電動機。
對比3個方案．使用高一高變頻器．在變頻器故障時可以直接啟動．有定型產品．性能良好，穩定可靠，但費用較高：高一低一高方式無定型產品．要重新設計電路，電路煩瑣龐大．要增加兩臺變壓器．費用也較高；高一低方式中變頻器直接使用低壓電源，需要設一臺降壓變壓器當降壓變壓器的容量比較小時，在變頻器故障后，電機不能直接啟動。如果降壓變壓器容量過大．會增加增容費用同時變壓器還有一定的電能損耗從經濟的角度出發．對于800～1000kW以上的風機、水泵等電機．建議采用6kv或10kV直接高一高方式的高壓變頻器：對于40O～800kW的電機．建議采用6kV／660v進線變壓器、660V高壓變頻器及660V電動機：對于400kW以下的電動機．宜采用高一低方案．即采用6kV／380V降壓變壓器．380V級變頻器及380V電動機.在某企業工程中，S0風機為l400kW．電網電壓為10kV，綜合比較，選擇了直接高一高變頻調速方案為了充分保證系統的可靠性．變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常，不能正常運行時．電機可以自動切換到工頻運行狀態下運行．以保證生產的需要．其一次系統接線圖見圖1。
QF為用戶側高壓開關柜內斷路器，K1、K2、K3為同一柜內真空接觸器；QS1、QS2為同一柜內隔離開關，與變頻器配套提供。K2、K1電氣互鎖，以防止高壓工頻電反送人高壓變頻器。
在變頻運行時，手動合隔離開關OS1、OS2，此時高壓變頻器輸出開關接點允許用斷路器QF合閘。QF合閘后，在DCS（或PLC）上可啟動高壓變頻器，高壓變頻裝置自動合K1、K2真空接觸器。
當高壓變頻裝置本體故障（如每相故障單元數大于2、高壓變頻器功率單元超溫、散熱冷卻風機故障），高壓變頻器自動分開K1、K2，待電機電壓衰減到額定電壓的1O％左右，延時合K3高壓變頻裝置自動切換到工頻繼續運行．以提高系統的可靠性變頻到工頻切換大約在3s以內完成。
當高壓變頻器檢測到電機故障（如三相電流不平衡、三相電壓不平衡、過流、過載），高壓變頻器自動封鎖脈沖停止輸出，并跳開真空接觸器K1、K2、K3，同時輸出跳閘接點用于跳開斷路器QF。
3 高壓變頻器技術特點
目前高壓變頻器的主電路拓撲方面主要有3電平（或更多電平）電壓型高壓變頻器和單元串聯多電平電壓型高壓變頻器。羅賓康HARMONY系列、國產高壓變頻器多采用單元串聯多電平電壓型高壓變頻器，現以其為例．闡述高壓變頻器技術特點變頻器主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成[1]。
（1）系統結構：高壓變頻調速系統的結構見圖2，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。如：10 kV系列有24個功率單元．每8個功率單元串聯構成一相。每個功率單元結構上完全一致，可以互換。其電路結構見圖3，其為基本的交一直一交單相逆變電路．整流側為二極管三相全橋．通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制。
（2）輸入側結構：輸入側由移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為3組，根據電壓等級和模塊串聯級數，一般由24脈沖系列、3O脈沖系列、42脈沖系列、48脈沖系列等構成多級相疊加的整流方式，可以大大改善網側的電流波形（網側電壓電流諧波指標滿足IEEE 519一l992和GBT/14549—93的要求）．使其負載下的網側功率因數接近1，無需任何功率因數補償、諧波抑制裝置。由于變壓器副邊繞組的獨立性．使每個功率單元的主回路相對獨立．類似于常規低壓變頻器．便于采用現有的成熟技術。
（3）輸出側結構：輸出側由每個功率模塊的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電．通過對每個單元的PWM波形進行重組．可得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好dv／dt小．對電纜和電機的絕緣無損壞．無須輸出濾波器就可以延長輸出電纜長度．可直接用于普通電機。同時．電機的諧波損耗大大減少．消除負載機械軸承和葉片的振動。當某一個功率模塊出現故障時．通過控制使輸出端子短路．可將此單元旁路退出系統．變頻器可降額運行．由此可避免很多場合下停機造成的損失。
（4）控制器：控制器由高速單片機、嵌入式人機界面和PLC共同構成 單片機實現PWM控制、嵌人式人機界面提供友好的全中文WINDOWS監控和操作界面．同時可以實現遠程監控和網絡化控制 內置PLC則用于柜體內開關信號的邏輯處理．可以和用戶現場靈活接口．滿足用戶的特殊需要。
變頻器可運行于閉環模式或開環模式。在開環模式下．運行頻率南界面設定或通過DCS（或PLC）設定（數字方式或模擬方式） 在閉環模式下。可以設定并調節被控量（比如壓力）的期望值．變頻器根據被控量的實際值自動調節變頻器的輸出頻率．控制電機的轉速．使被控量的實際值自動逼近期望值 控制器可與上級DCS系統直接連接．對變頻器進行啟動、停車、急停、報警或設定運行頻率。
4 應用效果
主要應用效果如下：①使用變頻器后風機可以實現變頻軟起動．避免了起動電流的沖擊．不僅對電網沒有任何沖擊，而且還可以隨時起動或停止；②使用變頻器后，風機的送風量不再需要由風門來調節．而是由變頻器通過變頻調節風機的轉速來實現．調節范圍可以從0％～l00％．可以根據生產需要隨意調節風量，減少了不必要的浪費：③變頻節能運行，節約了大量能源 使用變頻器后．不再使風機一直處于滿負荷工作狀態．節能率非常高：④ 由于高壓變頻器能平滑調節電機負載的轉速．使之與原來相比在較低轉速下運行．從而大大減少了負載以及電機的機械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長了設備的使用壽命：⑤ 高壓變頻器為高一高電壓源型單元串聯多電平結構．功率因數可高達0．95．不僅無需功率補償．還可提高電網的功率因數．減少了無功損失．減少了線損：⑥系統完善的監控性能和高可靠性提高了工作效率．可實現參數的實時恒定運行．提高了系統運行的安全穩定性．減少了檢修和維護的工作量。
5 結語
高壓變頻器的使用不僅能取得顯著直接的經濟效益，還具有較好的間接經濟效益。從節能角度看．在SO2風機中采用高壓變頻器調速．年節電率能達到30％以上。目前在各行各業．如火力發電、城市供水、石油、化工、冶金、水泥等行業也越來越多的得以應用，應用前景十分廣闊。PLC控制技術、Profibus總線技術和高壓變頻技術的完美結合．使得集成自動化程度高．運行穩定，操作簡單，節能效果更加明顯。
參考文獻：
[1] 張宗棟．高壓變頻器現狀及發展動向［J］．電世界，2007（6）1—6．
