中压变频器及应用综述

变频器的类型和应用场景随着科技的不断发展和工业自动化的普及，变频器作为一种重要的电机控制装置，在现代工业生产中起到了至关重要的作用。

本文将介绍变频器的类型以及它们在不同应用场景中的具体应用。

一、变频器的类型1. 低压变频器低压变频器是最常见和普及的一种变频器类型。

它通过电压变换来控制电动机的转速，使其在不同负载条件下运行效果更佳。

低压变频器广泛适用于工业生产、建筑、制造业等场景中。

2. 中压变频器相比于低压变频器，中压变频器的功率较大，适用于一些更大型的设备和系统。

它能够提供更大的电流输出，更好地满足生产线的需求。

3. 高压变频器高压变频器是用于大型动力设备的控制的一种变频器类型。

它能够为电动机提供更高的电压和电流，并适用于发电厂、钢铁厂和大型制造业等行业。

二、变频器的应用场景1. 工业生产工业生产是变频器最常见的应用领域之一。

在制造业中，变频器可用于控制机械设备的启停、转速和运行方向。

通过变频器的精确控制，不仅可以提高生产效率，还可以减少能源消耗和设备的损耗。

2. 建筑领域变频器在建筑领域的应用也非常广泛。

例如，在空调系统中使用变频器可以根据室内外温度和需求动态地调节空调的运行状态，实现节能和舒适的效果。

此外，变频器还可以用于控制电梯、水泵、风机等设备，提高其运行效率和智能化水平。

3. 交通运输在交通运输中，变频器在电动汽车和高铁等领域具有重要应用。

变频器可以根据车速和负载情况动态地调整电机的转速，实现能量的高效利用和系统的稳定性。

同时，变频器还可以提供多种运行模式，如启动、刹车和回馈能量，提升交通工具的性能和驾驶体验。

4. 农业领域农业领域也是变频器的重要应用领域之一。

通过变频器的控制，可以调节农业机械设备的运行速度和转向，提高农机的工作效率和种植质量。

同时，变频器还能够根据不同的作物需求，实现精确的水肥一体化控制，提升农田的产量和资源利用效率。

总结起来，变频器是一种在工业自动化和电机控制中起到关键作用的装置。

中压变频器是什么
中压变频器是一种电力调节设备，用于控制中压电力系统中的电压和频率。

它主要由整流器、逆变器、滤波器、控制器等部件组成，能够将中压电网的交流电转换为可控的直流电，再通过逆变器将直流电转换为频率可调的交流电。

中压变频器广泛应用于电力、交通等领域，具有节能、调速灵活、过载能力强等优点。

中压变频器的工作原理
中压变频器通过对输入的电力信号进行整流、滤波处理，将交流电转换为直流电；然后再通过逆变器将直流电转换为频率可调的交流电输出。

控制器可以实时监测输入输出电压、电流等参数，并根据设定的调节要求对输出电压进行调控，使得中压变频器可以实现精确的功率调节和电压频率调节。

中压变频器的应用领域
中压变频器广泛应用于电力行业的发电厂、变电站等地方，用于电能转换和负载调节；在交通运输领域，中压变频器被广泛应用于电动汽车、高铁、地铁等车辆的动力系统；在工业生产中，中压变频器可以用于控制各种电动机的转速，实现生产线的精确调速和调动；此外，中压变频器还可以用于可再生能源发电系统中，提高系统的整体效率。

中压变频器的优势和未来发展趋势
中压变频器具有节能、环保、调速灵活、响应速度快等优点，可以提高系统的整体效率；未来随着技术的发展，中压变频器将朝着更高功率密度、更高效率、更好的可靠性方向发展，以适应不断变化和提高的市场需求。

中压变频器作为电力调节设备，在工业、交通、电力等领域有着广泛而重要的应用，它的发展将进一步促进各个领域的节能、智能化和可持续发展。

第26卷第2期2008年4月天　然　气　与　石　油Na tura l Ga s And O ilVol .26,No .2Ap r .2008 收稿日期:2007208206 作者简介:何丽梅(19692)女,四川成都人,高级工程师,学士,主要从事电气设计工作。

电话:(028))86014455。

中压变频器的技术特性及运用何丽梅,杨　焜(中国石油工程设计有限公司西南分公司,四川成都610017)摘　要:中压变频器没有形成类似低压变频器那样统一的拓扑结构,国外制造商提供的中压变频器均有其各自的技术特点和适用范围。

根据国内交流兆瓦级变频驱动系统在工程中的运用情况,结合制造商提供的先进技术方案,对变频器的结构和技术参数进行比较分析,以图示说明重要概念和技术指标,对不同形式的中压变频器适用情况进行总结,有利于这一先进节能技术的推广和运用。

关键词:中压变频器;多电平;输入功率因数;输出谐波;脉宽调制文章编号:100625539(2008)022******* 文献标识码:B 随着电力电子器件(如I G BT 绝缘栅双极晶体管、I GCT 门极晶闸管、I ECT 注入增强型门极晶体管等)性能的提高和门类的发展,中压变频器作为兆瓦级电动机的传动方案实现无级调速,满足工艺过程的速度控制要求,大幅度地节约能源、降低成本。

近年来,各种中压变频器不断出现,到目前为止尚未形成类似低压变频器结构那样的统一模式,甚至各制造商提供的同一类型变频器都存在细节上的差异,国际上也没有相关的统一制造标准。

针对目前制造商提供的拓扑方案和技术指标,笔者根据实际工程中接触到的案例,对较为常用的几种中压变频器及其派生方案进行分析总结,旨在进一步加强对中压变频器的理解和技术推广。

按照目前功率元件的制造水准,中压变频器电压等级在2300～7200V 之间(相对与供电网络电压只能称之为中压),评价其性能的主要指标有成本、可靠性、网侧谐波污染、输入功率因数、输出谐波、共模电压、系统效率、四象限运行等[1]。

中压变频器及应用综述
1引言
 变频器正向着低噪声、高性能、高可靠性方向发展，通用变频器以其调速范围宽、调速精度高、动态响应快、效率高及操作方便等优点，在节约能源，控制工业生产过程，提高企业自动化生产水平等方面取得了良好的效果。

随着通用变频器的广泛应用，中压变频器正在得到推广和应用。

中压变频调速有多种方案，如中低中方案，中低方案及中中方案等，用户应结合本身中压电机负载的情况选择性能价格比最优的方案。

本文就目前中压变频器的最新进展及应用发表一些看法供参考。

 2中压变频器产品及概况
 （1）西门子公司
 西门子公司传动产品系列齐全，覆盖所有的应用领域，包括电流源型、电压源型和公共直流母线型。

在中压变频器应用领域，西门子公司采用中低中方案较好地解决了(300～630)kW/6kV电机的调速问题，即在通用变频器的输入侧加一个降压变压器，在输出侧加一个升压变压器组成中压变频器驱动系统，其主要特点是可靠性高，价格较低，考虑到变频器输出含有高次谐波和直流分量，输出升压变压器需特殊设计。

若将中压6kV电机改为690V或3300V电机，则只用降压变压器、变频器组成变频器驱动系统，即所谓中低方案。

中压变频器可用于新工程项目和技改项目，在新工程项目中，可根据工艺要求对电机、变频器驱动系统做出合理的选择，而在技改项目中，可将6kV电机改为3300V
或更低电压等级的电机，虽增加了费用和工作量，但却使得电机、变频器驱动系统更加合理，中低方案不仅解决了风机、泵等变转矩负载的调速问题，而且对于具有较高起动转矩和加速转矩的负载（如挤压机、提升机等转矩负载）也。

中压变频器的发展与应用周志敏（莱芜钢铁集团有限公司动力部，山东莱芜271104）1主流器件中压变频技术发展至今，其主回路拓扑结构随电力电子器件的创新开发而不断发展，早期的SCR器件,也随着电力电子器件的不断创新在中压变频领域有逐步被淘汰的趋势。

而GTO具有高电压、大电流的发展潜力，但驱动电路复杂，影响可靠性，另外G-K所在的J3结是特性很软，耐压很低的P-N结，若GTO未处于导通状态就连续对J3结施加强的负门极脉冲,这是很危险的，因此，在应用中GTO状态识别和逻辑保护是十分重要的。

用内部MOS 结构关断的GTO，因工艺复杂，目前尚未能实现大功率化，而为实现可关断MOS结构的GTO，开发研制出把MOS结构置于GTO外面来协助关断的IGCT。

IGCT适用于大电流（1kA 以上）、低频率（1kHz以下）的应用，由于从研制生产到应用的一系列技术受到专利的保护，在推广应用和器件竞争中未能完全取代GTO。

IGBT作为第三代电力电子器件，因其工作电压较低，在多电平级联式变频装置中有其广阔的发展前景。

其作为主回路器件的中压变频装置，具有改善输出电流波形，减少谐波对电网的污染及减少系统和电动机的电应力。

IEGT 是最为崭新的电力电子器件，吸取了IGBT和GTO两者的优点，叫做“注入增强栅晶体管”，它是在沟槽型IGBT基础上，把部分沟道同P区相联使发射极区注入增强，使得IEGT具有高电压、大电流和高的工作频率，更适合在高电压、大功率、高频率的变频装置中应用。

目前，应用在中压大功率变频领域的电力电子器件，已形成GTO、IGCT、IGBT、IEGT 相互竞争不断创新的技术市场，在大功率（1MW）、低频率（1kHz）的传动领域，如电力牵引机车领域GTO、IGCT有着独特的优势，而在高载波频率、高斩波频率下，IGBT、IEGT 有着广阔的发展前景，在现阶段的中压大功率变频领域，将由这4种电力电子器件构成其主流器件。

2主流结构目前，中压大功率变频器的主流结构为中－中方式及其派生的形式，中－中大功率变频器按其中间直流环节的储能元件的不同，可分为电压源型和电流源型。

中高压变频器及其在冶金行业中的应用第一部分中（高）压变频器的发展史用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器。

按照国际惯例及我国的国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称为高压，小于10kV到1kV时称为中压。

相应与电压在1kV到10kV的变频器成为中压变频器或高压变频器。

在这电压范围内的变频器具有共同的特点，同时针对我过的6kV及3kV电机为高压电机，故1∽10kV的变频器一般成为中（高）压变频器。

高压电机的应用十分广泛，是工矿企业中的主要动力，在冶金、钢铁、化工、水处理等行业的大、中型厂矿中，用来驱动风机、泵类、压缩机及各种大型机械。

它们消耗的能源占电动机总消耗能量的70%以上，绝大多数而且有调速的要求。

目前，在我们国家，高压电机的启动及调速还非常落后，这种状况，不但浪费了大量的能源，同时造成了机械寿命的减低。

因此，推广应用高压变频调速的效益及潜力非常巨大。

由于电压高、功率大、技术复杂等客观因数，高压变频器的发展经历了多种方式。

中-低-中，高-低-高，高-低等等。

最初采用的高压变频调速装置为中-低-中方式，即：中（高）压降低后驱动低压变频器（普通变频器），在经过升压变压器为高压电机供电。

这种方法的缺点是设备体积大、系统运行发热严重，对升压变压器的要求高；另外一种是所谓的中-低方法，也是初期的解决方案，效果也不是很理想。

当然目前最为流行的方法是中-中方法，即：变频器是中（高）压的，电机也是中（高）压。

在国外，第一台这种中（高）压变频器采用的交-交变频方案，由日本东芝电气公司为日本大同特钢公司星崎钢厂可逆轧机传动而生产。

驱动的电机是三相交流异步电机，对电机的控制采用矢量控制，电机的容量为1800kW,1980年投入运行。

在此以后，德国西门子公司设计出了用于同步电机食粮控制的交-交变频控制系统，电机功率为4000kW，并于1981年投入运行；1982年日本富士公司也研究出交-交变频控制系统，电机功率为2500kW。

大功率变频调速系统应用探讨摘要：本文结合我国中高压大功率变频器市场的现状和特点，介绍了大功率变频调速系统的3种基本应用方案，分述了三种方案的系统组成、设备选取及其适用场合。

关键词：大功率变频调速系统高-高方案高-低（中）-高方案高-低（中）方案1 引言大功率变频器一般指输出功率在250kW以上，所驱动的电机电压等级为1-10kV的变频器，国外常称为中压变频器（Medium Voltage Drive）。

目前低压变频调速已得到普遍应用，但高压大功率变频器却一直没有广泛应用。

造成这种状况的主要原因有2个：一是目前的功率电子器件的耐压水平低，研制高压变频器难度较大；二是大功率高压变频器技术复杂，价格昂贵，用户望而却步。

高压大功率变频器仍是电力电子行业中尚未最后成功解决的一个难题，国内外许多科研机构及大公司都投入大量人力物力进行研究，力图提高大功率高压变频器的可靠性，简化结构，降低成本。

国外几家著名电气公司都有高压大容量变频器产品，如美国AB公司、罗宾康公司、欧洲的西门子公司、ABB公司等，价格较贵。

国内一些企业在90年代初也开始进行这类产品的开发和研制，品牌有: 佳灵，先行，凯奇，利德华福，天宠等。

基于变频器行业的现状，大功率变频调速系统主要有3种解决方案：高-低（中）方案、高-接入高压变频器，经变频后直接或经输出滤波器滤波后供电给高压电机。

图1（b）所示例子为2台高压电机的变频系统，变频器可带任意1台电机变频运行，另1台工频运行，变频器检修时2台电机可转为工频运行。

其中，滤波器要根据不同类型高压变频器的特性来决定是否选用；是否需要工频回路应根据工艺要求及系统可靠性要求决定。

2台电机以上的系统原理相同，此处不再赘述。

高-高方案中高压变频器的选择是设备选择的关键，交直交电压源型高压变频器运行稳定、调速范围宽、输出波形好、输入电流谐波含量低、功率因数高、效率高，目前在5000kW以下的电机拖动系统中应用非常广泛。

中压变频器在冶金行业的应用和节能效果罗克韦尔是自动化行业一个比较优秀的品牌，中压变频器是其主打产品。

公司的产品分为两种不同的冷却模式，功率在4300kW 以下采用传统风冷模式的变频器，若功率等级较高，则采用水冷的模式。

不管哪种产品，都是能够成熟应用于工况场合的结构最简单的高压变频器。

整个变频器不需要升压变压器，二次绕组只有3个，整个设备功率元件的数量（包括整流侧、逆变侧）只有36个。

而且整个设备内部，在20年的使用寿命内，没有一个元件需要定期或不定期的更换。

所以，设备的可靠性相当大。

这也是我们产品的一个立足点。

不同公司的产品在市场上有不同的定位，技术有不同的特点，某一个产品要做到面面俱到是不现实的。

几乎没有一种技术是无懈可击的，很多技术之间相互制约。

例如，产品要做得简单，元器件容量就大，开发成本就高。

所以同样是高压变频器，不同产品价格会有很大差别。

这与变频器内部的核心技术有很大关系。

所以，用户在变频器的选择上，不仅要考虑价格，更要看其内部的核心部件。

冶金行业是目前罗克韦尔自动化在中国市场占有份额最大的一个行业。

冶金行业自身的特点为：生产规模较大；资源比较密集；自动化水平比较先进。

行业的现状是能耗较大，污染严重，而且对自动化水平的要求较高。

我国的冶金行业正在由供不应求的局面向供大于求的局面转换，各个厂家之间在不断整合。

作为生产厂家，如何有效控制生产成本是迫在眉睫的问题。

为了响应国家节能降耗的号召，不同的部门、协会制定了相应的政策。

到2010年末，我国单位GDP的能耗要比“十五”期末降低20％。

在实现上述的目标的进程中，高压变频器的应用是一个很好的选择。

有关数据表明，在矿山、轧钢、炼铁、炼钢等行业，风机、水泵类的负载很多。

总的装机容量有19710MW。

目前，真正采用高压变频器的用户只是冰山一角。

谈到冶金行业，我们不妨简单了解一下高压变频器应用的几个工艺过程。

比如高炉的炼铁除尘风机。

由于在出铁过程中会有大量烟尘产生，除尘风机需要瞬间提高风量，在整个冶炼过程中将废气排走，以降低环境污染，满足工艺要求。