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摘 要:介紹了高壓變頻裝置的結(jié)構(gòu)以及節(jié)能原理，描述了高壓變頻器在馬鋼的應(yīng)用情況，通過變頻調(diào)速改造，達(dá)到節(jié)能的目的。
關(guān)鍵詞:高壓變頻器；結(jié)構(gòu)；節(jié)能；原理
Application of IIigh Power Frequency Converter with mgh Voltagein Maanshan Iron & Steel Co．．Ltd．
BAO ZiLi，GAO Bin
（Equipment Department,Maanshan Iron& Steel（ ．，Ltd．，Maanshan,Anhui 243000,China）
Abstract:Structure and principle of energy saving of high voltage frequency converterare presented and application status of the frequency converter in Maanshan Iron & Steel Co．．Ltd．is described．Through reconstruction of frequency speed control，it reaches the aim of energysaving．
Key words:high voltage frequency converter structure；energy saving；principl
1 前言
風(fēng)機(jī)、水泵類設(shè)備是鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)的耗電大戶，目前主要的控制方式是采用液力耦合器調(diào)速，或通過閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量和水量；根據(jù)風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載特性，其中蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能空間；通過高壓大功率變頻調(diào)速方案的實施，將會產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。對降低噸鋼耗水電指標(biāo)，節(jié)能降耗起到積極的推動作用。隨著計算機(jī)技術(shù)及IGBT等功率器件的飛速發(fā)展，高壓大功率變頻器產(chǎn)品已日漸成熟，在國內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵等場合的節(jié)能應(yīng)用上得到了廣泛的推廣，但是對于不同的工況條件，節(jié)能效果上差別很大，不能盲目推廣投運，必須對使用條件和現(xiàn)場工況作細(xì)致的研究。
2 高壓變頻器工作原理及特點
2．1 高壓變頻器的主要流派
高壓大功率變頻技術(shù)的主要流派有兩種：（1）電壓源型變頻調(diào)速方案；（2）電流源型變頻調(diào)速方案；其中電壓源型變頻調(diào)速方案又分為：移相整流串聯(lián)疊加輸出技術(shù)和三電平技術(shù)。考慮到對電網(wǎng)諧波、功率因數(shù)的要求，和普遍使用的6 kV和10 kV電壓等級，以及從安全角度出發(fā)所提出的旁路要求，同時考慮到對原有普通電機(jī)的使用，我們選擇了移相整流串聯(lián)疊加輸出技術(shù)。現(xiàn)對此技術(shù)作一簡單介紹。
2．2 移相整流串聯(lián)疊加輸出技術(shù)高壓變頻器原理
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高一高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串并聯(lián)而成，由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，無須輸出變壓器，實現(xiàn)了直接3kV、6kV或10kV高壓輸出；它對電網(wǎng)諧波污染小，輸人電流諧波畸變小于4％，直接滿足IEEE519—1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸人諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv／dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器就可以使用普通的異步電機(jī)。
所謂多重化技術(shù)就是每相由幾個低壓PWM功率單元串聯(lián)組成，各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器供電，用高速微處理器實現(xiàn)控制和以光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動。多重化技術(shù)從根本上解決了一般6脈沖和12脈沖變頻器所產(chǎn)生的諧波問題。圖1為6kV變頻器的主電路拓?fù)鋱D，每組由8個額定電壓為433V的功率單元串聯(lián)，因此相電壓為433V×8=3464V，所對應(yīng)的線電壓為6000V。每個功率單元由輸入隔離變壓器的24個二次繞組分別供電，24個二次繞組分成8組，每組之間存在一個7．5°的相位差。所需相差角度可通過變壓器的不同聯(lián)接組別來實現(xiàn)。用這種多重化技術(shù)構(gòu)成的高壓變頻器，也稱為單元串聯(lián)多電平PWM電壓型變頻器，采用功率單元串聯(lián)，而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來實現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。
其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置圖如圖2。
其系統(tǒng)工作原理如下：
功率單元（圖3）由移相變壓器的一組副邊供電，通過三相全橋整流器將交流輸入整流為直流。控制部分通過冗余設(shè)計的電源板從直流母線上取電，接收主控系統(tǒng)發(fā)送的PWM信號并通過控制IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形。
監(jiān)控電路實時監(jiān)控IGBT和直流母線的狀態(tài)，將狀態(tài)反饋回主控系統(tǒng)。在單元出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，主控將打開功率單元的旁通回路，使單元進(jìn)入旁通狀態(tài)，避免整個變頻器停機(jī)。大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
每個單元輸出PWM波，將每相N個功率單元的輸出電壓疊加，產(chǎn)生多重化的相電壓波形，使相電壓產(chǎn)生出2N+1個電壓臺階，六個功率單元輸出的PWM波形及疊加之后的相電壓波形如圖4所示。
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