拓展串聯(lián)疊加高壓變頻器應(yīng)用領(lǐng)域的研究

　　1 引言

　　眾所周知，高壓大功率風(fēng)機、水泵采用變頻調(diào)速的方法，在方便的調(diào)整工況的同時，還可以收到顯著的節(jié)能效果，其直接經(jīng)濟效益很明顯，宏觀經(jīng)濟效益及社會效益則更加巨大?？梢灶A(yù)計，在當(dāng)前國家大力倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會、實現(xiàn)和諧發(fā)展的形勢下，高壓大功率變頻調(diào)速新技術(shù)的發(fā)展將成為我國節(jié)電事業(yè)的重要方向之一。據(jù)統(tǒng)計，我國每年高壓電機用電量估計在3600~4200億kwmiddot;h，這個數(shù)字還在隨著經(jīng)濟的增長而不斷的增加。

　　2 ts-hvaf1.5型、ts-hvaf1.5r型高壓變頻器的研發(fā)背景

　　目前國內(nèi)外在高壓變頻調(diào)速和節(jié)能技術(shù)方面，已經(jīng)有了一些解決的辦法，但是都不十分理想，國外的早期產(chǎn)品充斥中國市場，這些設(shè)備對使用環(huán)境要求高，使用壽命有限、設(shè)備復(fù)雜、穩(wěn)定性和可靠性比較差、不便于維修和運輸，在高溫、高濕、高腐蝕性氣體、高粉塵、防爆等環(huán)境中不能安全使用。

　　事實上高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域遍及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的各行各業(yè)，但是由于應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，而傳統(tǒng)的高壓變頻器由于上面所述的種種缺陷，不能完全滿足用戶的需要，限制了高壓變頻器的推廣和應(yīng)用。

　　繼我國的北京先行新機電技術(shù)有限責(zé)任公司成功研制出“串聯(lián)疊加”原理的高壓變頻器后，山東點石節(jié)能科技開發(fā)有限公司在引進吸收的基礎(chǔ)上，自主開發(fā)研制成功了ts-hvaf1.5型和ts-hvaf1.5r型“串聯(lián)疊加”高壓變頻器，實現(xiàn)了高壓變頻器產(chǎn)品的重大技術(shù)突破，解決了傳統(tǒng)觀念高壓變頻器存在的重大難題。

　　3 ts-hvaf1.5型和ts-hvaf1.5r型高壓變頻器實現(xiàn)的重大技術(shù)突破

　　3.1 減少了對使用環(huán)境的限制

　　高壓大功率機電設(shè)備的電流大，溫升較高，必須對功率元器件進行良好的通風(fēng)散熱，但通風(fēng)和防塵又是一對很難解決的矛盾，所以傳統(tǒng)的高壓變頻器在高粉塵、高濕度、高氣溫及腐蝕性氣體的環(huán)境中不能安全的使用。ts-hvaf1.5r型高壓變頻器，采用了全密閉內(nèi)置熱交換器的技術(shù)，不與外界環(huán)境直接進行空氣交流，徹底克服了傳統(tǒng)高壓變頻器的缺陷，極大的拓展了高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域。由于ts-hvaf1.5型高壓變頻器功率單元柜的體積不足3m3，所以，雖然為了安全運行設(shè)計了由６臺工業(yè)空調(diào)機組成的中央空調(diào)，事實上中央空調(diào)的長期運行耗電功率只有２kw左右。

　　3.2 更加純凈的電能輸出以及對電網(wǎng)無污染

　　ts-hvaf1.5型串聯(lián)疊加高壓變頻器用脈動直流疊加原理（最高頻率50hz）代替了傳統(tǒng)的pwm（一般有4khz左右的基頻）技術(shù)，輸出的線電壓波形和電流波形都是很好的正弦波，不僅大大減少了輸出的諧波以及對電網(wǎng)的污染，更主要的是大大延長了開關(guān)器件（igbt）的使用壽命。

　　3.3 抗干擾能力大大提高

　　在ts-hvaf1.5型高壓變頻器的中央控制系統(tǒng)中用大規(guī)模集成電路取代了傳統(tǒng)的高壓變頻器中的單片機，實現(xiàn)了“軟件問題硬件處理”，極大的提高了抗干擾能力，再也不會出現(xiàn)程序紊亂、死機等現(xiàn)象，使設(shè)備的運行更加安全、穩(wěn)定和可靠。

　　3.4 運行更加安全、可靠

　　由于控制程序的更加簡單和可靠，使得ts-hvaf1.5型和ts-hvaf1.5r型高壓變頻器可以在傳統(tǒng)高壓變頻器的基礎(chǔ)上增加了切分和疊加單元數(shù)，并配以“波形連續(xù)變換”技術(shù)，一旦個別功率單元出現(xiàn)故障，輸出電壓的損失比較小，仍能夠維持較高功率的運行，即可以在45hz及以下頻率繼續(xù)安全運行;而的傳統(tǒng)高壓變頻器只要損壞一個功率單元就必須大幅度降低被控電機的使用功率。

　　3.5 產(chǎn)品的出廠檢驗更加有效

　　由于ts-hvaf1.5型高壓變頻器的體積只有傳統(tǒng)高壓變頻器的三分之一左右，實現(xiàn)了整機運輸，不僅大大縮短了現(xiàn)場安裝、調(diào)試的時間，將因安裝、調(diào)試造成的停產(chǎn)損失降到最低;更重要的是高壓變頻器在生產(chǎn)廠所作的全部檢驗更加真實、可靠和有效。

　　3.6 大大提高了高壓變頻器整機的可靠性

　　在整個ts-hvaf1.5型高壓變頻器的結(jié)構(gòu)中，除去進出線電纜和控制電路外，沒有使用任何導(dǎo)線，極大的減少了接線電阻和可能的故障點，整機布局簡捷、清晰，大大提高了高壓變頻器整機的可靠性，加上整機單元化，用戶完全可以在現(xiàn)場自行維護和檢修。

　　3.7 可以設(shè)置比較完善的防止誤操作體系

　　如果用戶提出請求，ts-hvaf1.5型和ts-hvaf1.5r型高壓變頻器還可以設(shè)置比較完善的防止誤操作體系，避免由于操作人員誤操作而發(fā)生故障的可能。

　　3.8 解決了國內(nèi)同步電機變頻調(diào)速改造的技術(shù)難題

　　由于同步電機配備有轉(zhuǎn)子勵磁電流，而勵磁電流的控制十分困難。目前國內(nèi)只有山東點石節(jié)能科技開發(fā)有限公司能夠生產(chǎn)用于同步電機的高壓變頻器。當(dāng)用戶能夠滿足下面的條件時，該公司可以承接同步電機的高壓變頻改造工程：

　　（1） 用戶使用的勵磁柜是可以控制的，即勵磁電流和勵磁電壓能夠調(diào)整;

　　（2） 用戶容許改造勵磁柜;

　?。?） 在安裝現(xiàn)場的調(diào)試時間需要延長10~15天。

　　4 結(jié)束語

　　ts-hvaf1.5型和ts-hvaf1.5r型高壓變頻器的研制成功，可以說是高壓變頻調(diào)速領(lǐng)域的一次革命，極大地提高了高壓變頻器使用的可靠性、安全性、適用性，最大限度地滿足了用戶的需求，使高壓變頻器能夠在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，對促進高壓大功率電機的變頻調(diào)速改造，必將起到積極的促進作用。