拓展串聯疊加高壓變頻器應用領域的研究

　　1 引言

　　眾所周知，高壓大功率風機、水泵采用變頻調速的方法，在方便的調整工況的同時，還可以收到顯著的節能效果，其直接經濟效益很明顯，宏觀經濟效益及社會效益則更加巨大。可以預計，在當前國家大力倡導建設節約型社會、實現和諧發展的形勢下，高壓大功率變頻調速新技術的發展將成為我國節電事業的重要方向之一。據統計，我國每年高壓電機用電量估計在3600~4200億kwmiddot;h，這個數字還在隨著經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背景

　　目前國內外在高壓變頻調速和節能技術方面，已經有了一些解決的辦法，但是都不十分理想，國外的早期產品充斥中國市場，這些設備對使用環境要求高，使用壽命有限、設備復雜、穩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、防爆等環境中不能安全使用。

　　事實上高壓變頻器的應用領域遍及工業生產領域的各行各業，但是由于應用環境復雜，而傳統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用。

　　繼我國的北京先行新機電技術有限責任公司成功研制出“串聯疊加”原理的高壓變頻器后，山東點石節能科技開發有限公司在引進吸收的基礎上，自主開發研制成功了ts-hvaf1.5型和ts-hvaf1.5r型“串聯疊加”高壓變頻器，實現了高壓變頻器產品的重大技術突破，解決了傳統觀念高壓變頻器存在的重大難題。

　　3 ts-hvaf1.5型和ts-hvaf1.5r型高壓變頻器實現的重大技術突破

　　3.1 減少了對使用環境的限制

　　高壓大功率機電設備的電流大，溫升較高，必須對功率元器件進行良好的通風散熱，但通風和防塵又是一對很難解決的矛盾，所以傳統的高壓變頻器在高粉塵、高濕度、高氣溫及腐蝕性氣體的環境中不能安全的使用。ts-hvaf1.5r型高壓變頻器，采用了全密閉內置熱交換器的技術，不與外界環境直接進行空氣交流，徹底克服了傳統高壓變頻器的缺陷，極大的拓展了高壓變頻器的應用領域。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計了由６臺工業空調機組成的中央空調，事實上中央空調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無污染

　　ts-hvaf1.5型串聯疊加高壓變頻器用脈動直流疊加原理（最高頻率50hz）代替了傳統的pwm（一般有4khz左右的基頻）技術，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的污染，更主要的是大大延長了開關器件（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中用大規模集成電路取代了傳統的高壓變頻器中的單片機，實現了“軟件問題硬件處理”，極大的提高了抗干擾能力，再也不會出現程序紊亂、死機等現象，使設備的運行更加安全、穩定和可靠。

　　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高壓變頻器的基礎上增加了切分和疊加單元數，并配以“波形連續變換”技術，一旦個別功率單元出現故障，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及以下頻率繼續安全運行;而的傳統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高壓變頻器的三分之一左右，實現了整機運輸，不僅大大縮短了現場安裝、調試的時間，將因安裝、調試造成的停產損失降到最低;更重要的是高壓變頻器在生產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型高壓變頻器的結構中，除去進出線電纜和控制電路外，沒有使用任何導線，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，用戶完全可以在現場自行維護和檢修。

　　3.7 可以設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生故障的可能。

　　3.8 解決了國內同步電機變頻調速改造的技術難題

　　由于同步電機配備有轉子勵磁電流，而勵磁電流的控制十分困難。目前國內只有山東點石節能科技開發有限公司能夠生產用于同步電機的高壓變頻器。當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整;

　　（2） 用戶容許改造勵磁柜;

　　（3） 在安裝現場的調試時間需要延長10~15天。

　　4 結束語

　　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速領域的一次革命，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域得到應用，對促進高壓大功率電機的變頻調速改造，必將起到積極的促進作用。