變頻與傳動之高壓變頻器原理及應用
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由于采用了上述三項核心關鍵技術，使IGBT直接高 壓變頻器的效率達到98%以上。輸出電壓正弦化、共模電壓最小化。適用于任何異步電機、同步電機，無需降容使用，幾km的長線傳輸也無問題。對于傳輸距離 太長時應考慮線路電壓補償。如提高電壓或增大導線截面等。
4 系統特點：
（1）電壓等級為3kV-10kV；
（2）系統自帶專門設計的高壓開關柜，與本身高壓變頻器高效安全配套，并含變/工頻切換裝 置和電子式真空斷路器;
（3）全中文操作界面，基于Windows操作平臺，彩色液晶觸摸屏，便于就地監控、設定參數、選擇功能和調試;
（3）內置PLC可編程控制器，易于改變和擴展控制邏輯關系;
（4）高壓主電路與低壓控制電路采 用光纖傳輸，安全隔離，使得系統抗干擾能力強;
（5）控制電路通訊方式采用全數字化通訊;
（6）系統的 整流單元、逆變單元設計，選用組合模塊化積木結構，整機占地面積小、重量輕，便于安裝、維護;
（7）裝置可在本機上操作，也可實 現遠距離外控，具備完善、方便的操作功能選擇;
（8）系統具有標準的計算機通訊接口RS232或RS422、RS485，可方便 的與用戶DCS系統或工控系統組態建立整個系統的工作站，進一步提高系統的自動化控制程度，實現整個工控系統的全閉環監控，從而獲得更加完善的、可靠自動化運行;
（10）具備全面的故障監測、可靠的故障報警保護功能;
（11）輸入功率因數高，輸出電壓諧波 含量小，無需功率因數補償和諧波抑制器;
（12）輸出電壓為標準正弦波形，對電纜和電動機的絕緣無損害，減輕電動機的軸承和葉片 等機械部分震動和磨損，延長電動機的使用壽命，輸出至電動機的線纜長度可達20km;
（13）采用獨特的抗共模電壓技術，使系統*模電壓≤1000V，無需再提高電動機的絕緣等級，無需專用電機;
（14）易于實現能量回饋和四象限運行;并可直接引出直流 進行直流輸電;
（15）對用戶的高壓異步電動機無任何特殊要求。不但適用于新舊異步電動機，也適用于同步電動機。
5.應用實例：IGBT直接串聯高壓變頻器在 煉鐵廠沖渣泵上的應用
5.1 應用概況
永峰鋼廠是萊鋼集團公司的一個主要生產廠，負責公司所需鐵水和鐵塊冶煉。高爐冶煉鐵水過程中產生大量的熔渣，通常是用大流量的中壓水將其降溫并 沖散，同時輸送到水渣池回收，作為煉鐵生產的副產品。高爐生產是不間斷的，一般情況下每天出鐵15次，在高爐出鐵前、后各放一次渣，兩次出渣時間約 30min，在此時間內要求水沖渣系統的水泵滿負荷工作，其余時間水泵只需保持約30%水流量防止管道堵塞即可。4#-高爐使用ZGB-300型沖渣泵，原系統運行時，起動前管道進出水閥門關閉，起動后閥門開度約90%，機組全速運行，電網電壓6300V，電機運行電流33A，功率因數81.6%，耗電功率294kW。不需沖渣水時通過調節閥門在30%來調節水流量(此時電機電流25A)，耗電功率214kW，一方面導致大量的節能損失，另一方面頻繁操作閥門，致使其使用壽命大大降低，增加了停產更換閥門的時間，為此公司決定對4#高爐沖渣泵進行改造。
5.2 改造方案
由電機轉速公式n=60f×(1-s)/p可知:只要改變電機的頻率f，就可以實現電機的轉速調節，高電壓大功率變頻器通過控制IGBT(絕緣柵雙極型電力場效應管)的導通和關斷，使輸出頻率連續可調。而且是隨著頻率的變化，輸出電流、電壓、功率都將發生變化，即負荷大時轉速大， 輸出功率大，負荷小時轉速小，輸出功率也小。
由流體力學：：Q′=Q(n′/n) 、H′=H(n′/n)2 、P′=P(n′/n)3 可知: 當泵機低于額定轉速時節電為：E=〔1-(n′/n)3〕×P×T(kWh)
可見，通過變頻改造，沖渣泵流量Q、壓力H及軸功率P都將發生較大的改 變，不但節能而且大大提高了設備運行性能。根據沖渣泵的實際特性對其進行了具體改造，沖渣泵在沖渣時工作在49.5Hz，在不沖渣時工作在25Hz，考慮 到工藝對調速精度要求不是很高，本系統只采用開環控制并在高爐值班室操作，需沖渣時給調節系統一個“1”的信號，電機高速運行，不需沖渣時將此信號取消，電機低速運行，取得了很好的節能效果。
5.3 改造后的系統實際運行狀況
根據18個月的運行，經過反復多種測試各運行參數一直正常，變頻器質量性能良好，安全可靠，各項指標均達到了設計要求.
(1)諧波抑制效果良好。電壓諧波含量小于3%，符合IEEE519-1992和GB/T14549-93標準。
(2)各種保護功能完善。過流、過壓、欠壓、故障保 護等功能可靠，并且考慮了外部電網的防雷擊等多環節保護功能。
(3)各種指示功能完備。具有輸入、輸出電流和電壓、運行頻率、故障顯示、運行狀態指示等功能。
(4)操作簡便。同普通的低壓變頻器的功能操作方式相似，功能設置和調整簡單方便。
5.4 改造效益
機組49.5Hz運行和無變頻器運行相比可節省功率ΔP1=P50-P49.5=80kW；
機組25Hz運行和無變頻器運行相比可節省功率ΔP2=214kW-P25=132kW；
年節電量:ΔW= (H1ΔP1+H2ΔP2)=365(7.5×80+16.5×132)=1013970kWh；
(注:每年按365天 計H1:沖渣時間=15×30/60=7.5小時;H2:不沖渣時間=24-7.5=16.5小時)；
經濟效益:ΔW電價=1013970×0.56=567823元(注:萊鋼廠工業電價0.56元/kWh)；
實現電機軟起動功能，延長了電機壽命，大大減少了沖渣泵故障發生率；
提高了自動化水平，節約了大量工業用水；
由上述可知，綜合經濟效益每年可達60多萬元，一年即可全部收回成本。
5.5 結論
通過對沖渣泵系統的變頻調速的技術改造，經過較長時間的運行檢驗，證明該產品性能可靠、功能齊全、技術先進，說明國內自主開發的高壓變頻器在技術上已經處于世界先進水平。由于IGBT直接串聯高壓變頻器無輸入輸出變壓器、體積小、性價比高、綜合性能好等方面均超過了國內外其它產品，是新一代高性能高 壓變頻產品的代表，為高壓變頻調速技術在廠內其它工序的技術改造提供了一條可行的途徑，在高壓變頻改造領域具有極大的推廣價值。
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