中压变频器及应用综述

中压变频器在水厂中的使用和节能分析【摘要】在水厂的生产运行中，中压变频器是重要的设备，对于水厂的经济运行起着重要的作用。

【关键词】中压变频器；水厂；节能；应用一、前言随着科技的发展和进步，变频器的性能在不断提高，而且轻便简单，在工业生产中所发挥的作用是巨大的。

二、我国水厂现状我国中小城市水厂尤其是老水厂自动控制系统配置相对落后，机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。

控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时作出恰当反应。

于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对给供水设计带来了新的挑战。

为了保证供水，机组通常处于超压状态运行，不但效率低，耗电量大，而且城市管网长期处于超压运行状态，报损也十分严重。

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。

又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。

所以用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

变频恒压供水设备以水泵出水端水压（或用户用水流量）为设定参数，通过DCS系统控制变频器的输出频率从而调节水泵电动机的转速，实现用户管网水压的闭环调节，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率提高，水泵转速加快；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢。

这样就保证了整个用户管网随时都有充足的水压（与用户设定的压力一致）和水量（随用户的用水情况变化而变化）。

三、中压变频器的主要技术特点1、卓越的性能：中压变频系统由简单的系统结构组成，它的调速比较平整，并且高效节能，符合当前社会节能环保的要求。

除此之外，它的安全性能也相当之高，比液力偶合调速、串级调速等调速方式更加完善，更有优越性；2、三电平技术：中压变频器是采用脉冲整流的输入方式，其中的逆变桥是主要的构成部分，它是由HVIGBT和钳位二极管组成，三电平逆变器具有优良的输出电压特性，安全可靠，快速准备，而且有效地抑制低次谐波电流；3、软启动功能：电机在平滑的启动过程中，它的启动电流是很小的，减小了电流的磁场对电网和电机的干扰性，增长了电机的使用寿命，也节约了由于故障原因造成的维修成本；4、化脉宽调制技术：这种新型技术对电机的谐波影响减少，它确保了控制保护的可靠性，同时也保证了在装置检测的工作中保持超高的精度。

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。

中压变频器技术在火电厂中的应用与研究摘要：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应用情况，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；前言降低火电厂送风机、引风机，给水泵、灰浆泵等主要辅机设备的电耗是降低厂用电率，达到节能的重要措施之一。

随着电力系统商业化运营的进展，提高自动化水平，降低火电厂发电成术，已成为迫切需要解决的问题。

一、交流变频技术概述交流变频调速技术发展至今已有30多年的历史．由低压变频器构成的交流调速系统，因其技术上的不断创新，使系统在性能上不断地完善，并在电气传动调速领域挑战直流调速系统，因此在电气传动领域得以广泛的应用。

随着新的电力电子器件的不断创新，新的技术层出不穷使得其得以广泛的推广应用。

中压大功率调速领域采用交流变频调速系统已是中压电气传动调速领域的发展趋势。

这就因为中压大功率(315kW以上)的交流调速系统无论是在性能上,还是在价格上都优于直流系统。

中压变频技术泛指3kV、6kV、10kV三个电压等级领域的变频技术。

为实现对中压大功率交流电动机的变频调速，人们提出了多种形式和多种拓扑结构，比较实用并以产品化的中压变频器，按其主接线可分为中一低一中方式及中一中方式。

中压变频技术的迅速发展是建立在电力电子技术的刨新和电力电子器件及材料的开发及制造工艺水平提高基础之上的，尤其是在高压大容量GTO、IGBT、IGCT器件的开发成功，促进了中压大功率变频技术得以迅速发展，以使得中压变频技术日益完善。

二、中压变频调速原理及其工程实现1.中压变频调速原理及其特点中压变频器与低压变频调速原理是相同的，根据公式n=60f(1-s)/p.式中f为电源频率;s为电动机转差率;p为电动机极对数，当p和s确定后,电动机转速与电源频率成正比，所以改变电源频率即可改变转速n，从而实现变频调速。

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。

WK中压变频器的应用WK中压变频器介绍深圳市玮肯电气技术有限公司自2003年开始，就致力于中压变频器（电压为660V~690V、1140V）的开发与应用，在不断的实践与探索中，积累了丰富的经验。

目前，开发与生产的中压变频器产品，已经成功应用于城市供水，油田的潜油电泵、注水泵、磕头机，煤矿中的主井风机、皮带机、掘煤机（防暴）等等领域，获得了良好的经济效应与社会效应。

目前，我公司能生产中压变频器产品的功率范围为22KW~800KW，几乎含盖所有工矿企业的应用需求。

1、WK中压变频器图1 WK中压变频器的基本构成主要器件及技术说明：1、使用4400V反向电压整流桥；2、使用直流电抗器，降低了输入电流谐波,提高变频器输入端的功率因素；3、逆变模块使用3300V高压IGBT,没有IGBT的串联,功率器件数量减少，提高了系统的可靠性，新一代模块损耗低，提高了整机效率；4、驱动电路使用光纤隔离传输可实现远距离驱动，提高高压电路的抗干扰性能；5、±15%电压波动设计，能承受瞬间250%冲击电流，低频转距大,适应中国电网和工况；6、电流冲击抑制能力强，负载大范围波动时，能安全稳定运行；8、采用了先进的SVPWM非正弦脉宽调制技术，在正弦波中注入零序信号。

电压空间矢量脉宽调制技术( SVPWM) 即是在正弦波中注入适当的三次谐波的非正弦调制技术，它的线性调制度较SPWM高15％，而且输出谐波小。

减少了开关频率，降低了开关损耗，提高了系统的可靠性及寿命；9、能抑制电机的瞬态过电流，瞬态冲击电流可达到250％，保证了在重负载下不跳脱，不影响生产效率；10、完善的保护：过流、过压、过载、欠压、欠载、缺相、短路、过热等；2、防爆变频器技术深圳市玮肯电气技术有限公司和其他防爆设备公司合作开发的防爆兼本安变频器通过高效能热管或其他高效能散热技术，其极低热阻的高效散热性能，使高压IGBT的散热得到解决，设计最大变频器功率可达到800KW/1140V。

中压变频器在高炉铁前除尘风机节能改造中的应用背景高炉铁前除尘风机是高炉烟气处理的关键设备之一。

传统的高炉铁前除尘风机一般采用固定频率的交流电机驱动，随着成套设备设备的老化，传统的高炉铁前除尘风机逐渐暴露出能耗高、运行成本高和维修费用高等问题。

为了提高其性能和节能降耗，许多企业开始尝试运用新型的中压变频器对高炉铁前除尘风机进行改造。

中压变频器是一种新型的调速装置，能够将电源输出的频率和电压变换为经济、可控的输出，能够使电机驱动的机械设备实现精准控制，实现对设备的节能和安全控制，同时又保持了设备的高精度、高效率以及长寿命。

改造措施中压变频器原理中压变频器是通过调整电源输出的频率和电压，来控制电机驱动设备的速度和运行状态的。

根据中压变频器控制电机的频率和电压，可以将电机的转速进行调节，进而达到精确控制设备的目的。

中压变频器可以实现对电机的加速和减速、调节负载、预热运行、节能运行以及安全保护等多种功能。

中压变频器在高炉铁前除尘风机的应用中压变频器在高炉铁前除尘风机中的应用主要体现在以下两个方面：1.智能化控制：中压变频器可以精确控制电机驱动设备的速度和运行状态，可以将电机的转速进行调节，从而能够精确控制高炉铁前除尘风机的风量和风压，以达到理想的除尘效果。

2.节能改造：中压变频器可以调整风机的工作状态，实现节能降耗，可节约高炉铁前除尘风机的能源消耗并提高设备的效率。

同时，中压变频器还可以实现对电机的预判性维护，在保障设备运行的基础上最大程度地延长设备的使用寿命，降低设备运行的成本。

结论中压变频器在高炉铁前除尘风机节能改造中具有广泛的应用前景。

通过采用中压变频器，可以实现高炉铁前除尘风机的智能化控制和节能改造，从而降低设备的维修费用，提高设备的运行效率和降低能耗，具有可持续发展的优势。