摘要：變頻器的正確選用對于機械設備電控系統的正常運行是至關重要的。選擇變頻器，首先要根據本企業的實際情況出發，合理選擇變頻器電壓等級，在一定的功率范圍內（1000Kw以下）盡量選擇低壓變頻器，同時按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態速度精度、起動轉矩和使用環境的要求，決定選用何種控制方式和防護等級的變頻器。
關鍵詞：變頻器；精度；選型

變頻器主要用于交流電動機轉速的調節，是理想的調速方案，隨著中國經濟的整體快速發展，市場對傳動產品的要求逐漸提高，變頻器調速以其自身所具有的調速范圍廣，調速精度高，動態響應好等優點，在許多速度控制應用領域中發揮越來越重要的作用，它除了具有優良的調速性能之外，還具有顯著的節能效果，特別是變頻器應用在風機和水泵上，該類負載在國民經濟各部門的應用數量眾多，分布極廣，耗電量巨大，且調速范圍又有限（一般50%-100%），是一個很有發展前途的應用領域。

以電廠為例，大量的鍋爐輔機的傳動系統容量一般較大，定速運行時存在嚴重電能浪費問題。采用大功率變頻器，可以對電廠的鍋爐風機和水泵設備，如鍋爐鼓風機、鍋爐引風機、鍋爐送水泵、冷凝水泵、沖渣水泵、灰漿泵等進行配套或改造，節電效果非常顯著。同時可以實現很高的自動化控制，使鍋爐運行更加安全可靠，如引風機變頻調速使爐膛負壓更加穩定；一次風機變頻調速送風更加穩定，煤的燃燒更加徹底；灰漿泵變頻調速能夠保護灰漿泵電機，防止泵堵塞過載燒毀電機等。

一、國內電廠大功率電機現狀

國內電廠鍋爐輔機大部分風機和水泵的功率在200kW-2000 kW，按照國內慣例，200kW以上的電動機均采用6kV電動機，使得電廠主要輔機都采用6kV電動機，電力部門從減小線損的角度出發，希望提高供電電壓，大力推行10kV，用戶從簡化配制的角度出發，自然希望200Kw以上的電動機和變頻器采用6kV或10kV，這種配置的優點是能節省一臺電動機的購置費用和安裝工作量；可以直接加裝變頻器旁路開關，在變頻器發生故障時，可以直接通過旁路開關切換到6kV或10kV廠用母線上來，不必中斷運行。然而選用6kV或10kV“直接”變頻，從技術和經濟角度看都不合理。目前所有的“直接”高壓變頻都不是真正的直接變頻，在其輸入側都有變壓器或者依靠電子器件的串聯，因此電動機和變頻器沒有必要和電網電壓一致。從經濟角度看一臺560kW高壓變頻器售價是低壓660V或690V變頻器售價的一倍多，售價超過120萬。說明在一定的功率范圍內，即使考慮到更換電動機和添加整流變壓器的費用，選擇低壓方案也比高壓方案要經濟的多，后期的設備維護成本，維修的技術要求都要求的低。

二、高低壓變頻器結構比較

近年來各種高壓變頻器不斷出現，可是到目前為止，高壓變頻器還沒有像低壓變頻器那樣近乎統一的拓撲結構，一個二極管整流電路，一個中間直流回路，一個逆變橋組成，逆變橋通常由1.2kV(380V變頻器)，1.７kV（690V變頻器），IGBT組成，每個橋臂一般只用一個功率器件。高壓變頻器結構相對較復雜，通過多年的不斷研究一種以北京利德華福為代表的采用多重化技術制作的高壓變頻器，也就是用小功率器件實現大功率變換的一種手段。所謂多重化技術就是每相由幾個低壓PWM功率單元在其輸出端通過某種方式（如變壓器）串聯或并聯組成，各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器供電，由低壓單元串聯疊加達到高壓輸出或并聯達到大容量輸出的目的。另一種是以成都佳靈為代表的多管直接串聯的兩電平變換電路高壓變頻器，主要是將功率器件串、并聯使用，來滿足系統高壓變頻的要求，串、并聯在一起的各種器件，被當作單個器件使用，利用較為成熟的低壓變頻器的電路拓撲控制策略和控制方法，實現高壓變頻器產品。這樣做的難點是串聯開關管需要動態均壓和靜態均壓，對驅動控制電路整體要求較高，還需要解決du/dt，抗共模電壓，正弦波濾波等諸多技術問題。再一種是以清華大學電機系為代表的二極管箝位型三電平變換電路高壓變頻器，目的是克服功率器件直接串聯時所需的均壓問題，在多管直接串聯的基礎上引入了箝位二極管概念，避免器件直接串聯引起的動態均壓問題。除了上述三種主流拓撲結構形式的高壓變頻器外，近年來又出現飛跨電容箝位型三電平變換電路，電容自舉多電平變換電路等多種形式的高壓變頻器，無論何種形式都伴隨著自身的相適應的控制方法和理論，任何一種控制方法都較低壓普通二電平變頻器復雜，伴隨著一系列要解決的難題，像功率器件選型、雜散參數處理、絕緣、電磁干擾、散熱冷卻、器件的場域分析、能量控制、du/dt和di/dt的影響、暫態過程控制等問題的解決，這些都是低壓變頻器不曾出現或出現極少的問題，或是低壓變頻器容易解決的問題，因此使用低壓變頻器對系統來說更為可靠、簡單。

三、變頻器選型

變頻器的正確選用對于機械設備電控系統的正常運行是至關重要的。選擇變頻器，首先要根據本企業的實際情況出發，合理選擇變頻器電壓等級，在一定的功率范圍內（1000Kw以下）盡量選擇低壓變頻器，同時按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態速度精度、起動轉矩和使用環境的要求，決定選用何種控制方式和防護等級的變頻器。

3.1 合理選用變頻器電壓等級

目前，變頻器合理的電壓登級是由功率器件承受電壓水平決定的，而某一電壓等級下變頻器可能的功率范圍則由功率器件的承載電流能力決定；受電力電子器件電壓及電機允許的du/dt限制，10kV變頻器必須多電平，多器件串聯。造成線路復雜，價格昂貴，可靠性差，維護成本高。對于10kV變頻器若使用1700V IGBT器件，需10串，三相供120支器件；若使用3300V 器件，也需5串供60支器件，數量巨大，可靠性必將受到影響。另一方面高壓變頻器使用器件一般電流小，器件的電流能力得不到充分利用，以710kW為例，10kV電動機電流僅有50A左右，目前耐壓1700V的IGBT電流已做到2400A，3300V器件電流達1600A，有大電流器件不用，偏要用大量小電流器件串聯，其結構極不合理。即使電動機功率達到2000kW，電流也只有150A左右，仍顯很小。實際應用中為了電平隔離，改善輸入電流波形及減小諧波，大部分高壓變頻器輸入側都加有輸入變壓器，既然有變壓器，變頻器和電動機的電壓就沒有必要和電網電壓一樣，非用6kV或10kV不可。因此就有了變頻器和電動機的合理電壓等級問題。過去電動機中低壓200kW分界主要考慮電動機直接起動，起動電流5-7倍額定電流，若使用10kV/380V電力變壓器，其容量2000kVA，短路阻抗6%左右考慮，開關的瞬時脫扣值就很大了，如要提高電力系統穩定性和供電質量的話，變壓器阻抗還希望進一步降低；但是阻抗越小，則帶來系統短路電流就會增大，更不利于電器設備選擇，線路中的開關的分斷容量還要進一步提高，勢必造成選型成本的提高，造價提升。電動機起動時380V母線壓降限制在50%左右的話，就要再加大變壓器容量，短路電流會太大，低壓開關將難以承受。采用變頻器調速后，起動電流被限制在額定電流值內，低壓變頻器容量目前可做的很大，ABB等公司掌握了逆變單元的并聯輸出技術，低壓變頻器容量可以做到2900kW，為我們大量選用低壓大功率變頻器提供了可能。在實踐中我們可以把原來僅起到隔離作用的進線變壓器10Kv/6kV或6Kv/6kV，改為6Kv/690V、6Kv/380V的進線變壓器，則可獲得690V和380V電源電壓，為大量采用低壓大功率變頻器提供了可能。目前國內660V或690V低壓電動機容量已做到1000-1200Kw，使選型更為便捷。