風機、水泵采用變頻調(diào)速是我國節(jié)能的一項重點推廣技術(shù)，受到國家政府和企業(yè)的普遍重視。《中華人民共和國節(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。國務(wù)院、財政部、電力部對節(jié)能都有規(guī)定，指出:“要把實現(xiàn)交流電機調(diào)速節(jié)電作為重點措施，認真推廣”。以往推廣應用的變頻器主要是指低壓(380級)變頻器，而對于高壓(3kV、6kV、10kV)變頻器則應用較少。實際上從節(jié)能效果上來說，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，操作更加復雜。

 二、高壓變頻應用場合

引風機、送風機、吸塵風機、壓縮機、排污泵、鍋爐給水泵等

引風機、除塵風機、通風機、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 風機、除垢泵等

水泵等

污水泵、凈化泵、清水泵等

窯爐引風機、壓力送風機、冷卻器吸塵風機、生料碾磨機、窯爐供氣風機、冷卻器排風機、分選器風機、主吸塵風機等

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

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

(1) 控制器：實現(xiàn)空間矢量的PWM控制，信號采集與處理，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，可以互換，便于生產(chǎn)和維護。

(3) 接口板：負責系統(tǒng)的數(shù)字和模擬信號處理，滿足不同應用場合的要求。

(4) 液晶屏：參數(shù)設(shè)置、運行記錄、故障保存及通訊等功能。為單片機方式，全中文顯示，無機械旋轉(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行后，將電機投入工頻電網(wǎng)運行，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。

要求風量大，壽命長。

 

 

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，國際上通稱該電壓等級的變頻器為中壓變頻器，但在國內(nèi)該電壓等級的電機習慣上稱為高壓電機，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)的高壓交流電機調(diào)速驅(qū)動裝置。變頻器采用先進的功率單元串聯(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、操作簡便?？蓱糜诟邏航涣麟妱訖C驅(qū)動的風機、水泵、壓縮機類負載的調(diào)速、節(jié)能、軟啟動和智能控制等多種場合。

(1) 輸入側(cè)隔離變壓器二次繞組經(jīng)過移相降壓，為每個功率單元提供獨立的電源，對6 kV而言相當于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》對諧波含量的最嚴格要求，無需安裝輸入濾波器，并保護周邊設(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，無需功率因數(shù)補償電容；

(3) 減少無功輸入，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個單元，10kV系列每相9個單元，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：

(1) 無需輸出濾波裝置

(2) 可以驅(qū)動普通高壓電動機，不會增加電機升溫，降低電機容量，電機電纜無長度限制

(3) 保護電機絕緣不受dv/dt 應力的損害

(4) 不會因為諧波力矩而降低設(shè)備使用壽命

通用變頻器用戶界面，一共有三個指示燈，左邊紅燈亮表示變頻器已上高壓且已正常

待機；綠燈亮表示變頻器正在運行，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)級液晶屏，可以顯示8行中文，可以完成對變頻器的一切操作。通過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。由于本器件無機械旋轉(zhuǎn)部件，長期運行穩(wěn)定可靠，軟件升級容易。

(1) 本地控制：通過柜門按鈕或觸摸屏直接控制，為主要控制方式；

(2) 遠程I/O控制：通過變頻器內(nèi)置接口板的I/O接口，與遠程開關(guān)量信號相連，實現(xiàn)遠程控制；

(3) 上位控制：隔離RS485接口，采用標準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) 通過主界面直接給定

(2) 由模擬信號（0~10V或4~20mA信號）給定

(3) 由上位機通過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)運行時，由內(nèi)置PID通過計算自動給定

 6、AVR電壓自動調(diào)整功能

變頻器根據(jù)電壓反饋，自動調(diào)節(jié)輸出電壓，使其不受電網(wǎng)電壓和負載變化的影響，保護電機免受因長期電壓過高而導致的絕緣損傷或磁密過高而引起的鐵芯過度發(fā)熱。

 7、PID功能

內(nèi)置全數(shù)字PID，可根據(jù)用戶要求進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)恒壓、恒流運行

 8、限流功能

當變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數(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，變頻器自動采取相應保護措施，并保存故障發(fā)生的時間、原因、故障點，可幫助維護人員迅速找到故障原因，排除故障。

電網(wǎng)瞬時停電時，變頻器控制電機處于發(fā)電狀態(tài)，維持減速運轉(zhuǎn)，若電網(wǎng)恢復正常，變頻器立即回復至原運行狀態(tài)。維持時間100ms，風機負載可達3s。

(1) 高效率，系統(tǒng)總效率高達96%以上

(2) 控制電源雙路供電

(3) 寬廣的輸入電壓范圍，更適合國內(nèi)電網(wǎng)條件

(4) 快速制動功能

(5) 共振頻率回避功能

(6) 可根據(jù)用戶要求作特殊設(shè)計

(7) 制動能量回饋功能（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、主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖
6kV系列：一般由15個功率模塊組成，每5個功率模塊串聯(lián)成一相，三相Y接。

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

 

 

 

圖19 主電路拓撲圖

 

HY高壓變頻器每相由多個功率單元串聯(lián)而成，各個功率單元由隔離變壓器的二次線圈分別隔離，移相電源通過改變串聯(lián)單元數(shù)量，可以很方便地得到不同電壓等級的輸出，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（對應線電壓為6kV）；額定電壓10kV變頻器的每項由9個功率單元組成，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高壓變頻器由多個功率單元串聯(lián)而成，各個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)，相當于一個三相輸入、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，維護簡單，置換方便。

功率單元通過光纖接收信號，采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制（PWM）方式，控制Q1～Q4 IGBT的導通和關(guān)斷，輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài)，當Q1和Q4導通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為1；當Q2和Q3導通時，L1和L2的輸出電壓狀態(tài)為-1；當Q1和Q2或者Q3和Q4導通時，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，額定輸出電流120A（容量1250 kVA）變頻器，用于驅(qū)動額定功率不大于1000kW的同步電動機；HY—Y10/036代表10 kV電壓等級，額定輸出電流36A（容量630 kVA）變頻器，用于驅(qū)動額定功率不大于500kW的異步電動機。

 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)	額定負載下≥0.96
效率（含變壓器）	額定負載下≥96%
輸出頻率范圍	0Hz~120Hz
輸出頻率分辯率	0.01Hz
過載能力	120%1分鐘，150%立即保護
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
加減時間	5秒~1600秒，連續(xù)可調(diào)
開關(guān)量輸入輸出	12入/9出
運行環(huán)境溫度	0到40℃
貯存/運輸溫度	-40到70℃
冷卻方式	強迫風冷
環(huán)境濕度	＜90%，不結(jié)露
安裝海拔高度	＜1000米（超過1000米時，需降額使用）
防護等級	IP30