开发高压大容量交流变频器的可行性研究 1
1、前言
我国现有风机、水泵4000万余台，用电量占总发电量的30％、55％的风机、水泵可改为调速运行，按节电率20％计算，年节电可达200亿kW.h。风机、水泵采用交流变频器调速运行后，节能效果显著。有关方面的统计见表1。
近年来，通过国家政策的引导和支持，部分企业对风机、水泵投资进行了节能改造，取得一定的成效，同时也使企业充分认识到采用交流变频调速技术进行技术改造是降低成术，提高效益的有效途径，符合企业长远发展的根本利益。但目前主要在低压中小容量（380V，315kW以下）设备上应用，而我国大容晕的风机、水泵电压等级为6kV或10kV。数量多，分布广泛。如自来水行业的水泵，冶金行业的风机、水泵，石油行业的输油泵、注水泵，化工行业的风机、压缩机，电力行业的锅炉风机、泵，矿山的风机等。对这些高压大容量的风机水泵设备进行交流变频调遮技术改造，节能效益将十分显著。同时，节电的投资成本比发电要低得多（见表2），节电投资只是发电投资的1/10～1/100。在能源曰趋紧张、倡导循环经济的今天，可见对风机、水泵这类“耗电大户”进行节能改造是潜力巨大，意义重大，而且见效快，效益好。
国内已有企业对应用交-直-交高压大容量变器进行了尝试，并取得了很好的效果，节能在50％以上。因此，开发高压大容量交流变频器。是十分必要和非常紧迫的。
2、国外高压大容量交流变频技术发展情况
目前，国外能生产高压大容量交流变频器的厂家主要有：西门子、CEGELEC、艾伦-布拉德、罗宾康、ROSSHILL等少数几个公司，主要有以下几种方案。
（1）高-低-高方式
这是目前应用最多的一种方式，所谓高-低-高方式，就是在通用变频器（低压）输入侧前加一个降压变压器，在变频器输出侧后加。个升压变压器而构成高址变频驱动系统，如西门子公司曾采用SCR电流型的SIMOVERTA系列交流变频器，现在又采用新一代的IGBT电压型S1MOVERTMasterDrives系列交流变频器，加上降压/升压变压器组成高压交流变频系统。
此种方式的特点是：
·易于实现，因变频系统的主体采用现成的低压通用变频器，电压据情况可选380～1000VAC，通过降压/升压变压器，即可用于3000～10000VAC电动机的变频调速驱动。
·输入变压器一般采用一绕组变压器，两个副边绕组相差30°电角度，以实现12脉冲工作方式，减少主回路谐波。
·由于变频器输出含有高次谐波及直流分量，输出（升压）变压器须特殊设计。
（2）直接高压方式
此方式即直接对高压电源进行整流后逆变输出，无需降压/升压变压器。
其性能特点：
适用于400～1000OHP，2300～7200VAC交流电动机，输出频率：2～75Hz，准正弦波输出。
我国现有风机、水泵4000万余台，用电量占总发电量的30％、55％的风机、水泵可改为调速运行，按节电率20％计算，年节电可达200亿kW.h。风机、水泵采用交流变频器调速运行后，节能效果显著。有关方面的统计见表1。
近年来，通过国家政策的引导和支持，部分企业对风机、水泵投资进行了节能改造，取得一定的成效，同时也使企业充分认识到采用交流变频调速技术进行技术改造是降低成术，提高效益的有效途径，符合企业长远发展的根本利益。但目前主要在低压中小容量（380V，315kW以下）设备上应用，而我国大容晕的风机、水泵电压等级为6kV或10kV。数量多，分布广泛。如自来水行业的水泵，冶金行业的风机、水泵，石油行业的输油泵、注水泵，化工行业的风机、压缩机，电力行业的锅炉风机、泵，矿山的风机等。对这些高压大容量的风机水泵设备进行交流变频调遮技术改造，节能效益将十分显著。同时，节电的投资成本比发电要低得多（见表2），节电投资只是发电投资的1/10～1/100。在能源曰趋紧张、倡导循环经济的今天，可见对风机、水泵这类“耗电大户”进行节能改造是潜力巨大，意义重大，而且见效快，效益好。
国内已有企业对应用交-直-交高压大容量变器进行了尝试，并取得了很好的效果，节能在50％以上。因此，开发高压大容量交流变频器。是十分必要和非常紧迫的。
2、国外高压大容量交流变频技术发展情况
目前，国外能生产高压大容量交流变频器的厂家主要有：西门子、CEGELEC、艾伦-布拉德、罗宾康、ROSSHILL等少数几个公司，主要有以下几种方案。
（1）高-低-高方式
这是目前应用最多的一种方式，所谓高-低-高方式，就是在通用变频器（低压）输入侧前加一个降压变压器，在变频器输出侧后加。个升压变压器而构成高址变频驱动系统，如西门子公司曾采用SCR电流型的SIMOVERTA系列交流变频器，现在又采用新一代的IGBT电压型S1MOVERTMasterDrives系列交流变频器，加上降压/升压变压器组成高压交流变频系统。
此种方式的特点是：
·易于实现，因变频系统的主体采用现成的低压通用变频器，电压据情况可选380～1000VAC，通过降压/升压变压器，即可用于3000～10000VAC电动机的变频调速驱动。
·输入变压器一般采用一绕组变压器，两个副边绕组相差30°电角度，以实现12脉冲工作方式，减少主回路谐波。
·由于变频器输出含有高次谐波及直流分量，输出（升压）变压器须特殊设计。
（2）直接高压方式
此方式即直接对高压电源进行整流后逆变输出，无需降压/升压变压器。
其性能特点：
适用于400～1000OHP，2300～7200VAC交流电动机，输出频率：2～75Hz，准正弦波输出。
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