高壓變頻器選型注意事項解析說明

　　工控摘要：隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯或單元串聯得到了很好的解決，對高壓變頻器的恰當選型，可以充分發揮變頻器的效率。
　　
　　1選擇過高電壓等級的弊端
　　
　　選擇過高的電壓等級造成投資過高，回收期長。電壓等級的提高，電機的絕緣必須提高，使電機價格增加。電壓等級的提高，使變頻器中電力半導體器件的串聯數量加大，成本上升。
　　
　　可見，對于200～2000kW的電機系統采用6kV、10kV電壓等級是極不經濟、很不合理的。
　　
　　2變頻器容量與整流裝置相數關系
　　
　　變頻器裝置投入6kV電網必須符合國家有關諧波抑制的規定。這和電網容量和裝置的額定功率有關。
　　
　　短路容量在1000MVA以內，1000kW裝置12相（變壓器副邊雙繞組）即可，如果24相功率就可達2000kW，12相基本上消除了幅值較大的5次和7次諧波。
　　
　　整流相數超過36相后，諧波電流幅值降低不顯著，而制造成本過高。如果電網短路容量2000MVA，則裝置容許容量更大。
　　
　　3把zui高電壓降到3kV以下可節約大量投資
　　
　　從電力電子器件特性及安全系數考慮電壓等級的必要性，受電力電子器件電壓及電機允許的dv/dt限制，6kV變頻器必須采用多電平或多器件串聯，造成線路復雜，價格昂貴，可靠性差。對于6kV變頻器若是用1700VIGBT，以美國羅賓康的PERFECTHARMONY系列6kV高壓變頻器為例，每相由5個額定電壓為690V的功率單元串聯，三相共60只器件。若是用3300V器件，也需3串共30只器件，數量巨大。另一方面裝置電流小，器件的電流能力得不到充分利用，以560kW為例，6kV電機電流僅60A左右，而1700V的IGBT電流已達2400A，3300V器件電流達1600A，有大器件不能用，偏要用大量小器件串聯，極不合理。即使電機功率達2000kW，電流也只有140A左右，仍很小。
　　
　　國外的中壓變頻器有多個電壓等級：1.1kV，2.3kV，3kV，4.2kV，6kV，它們主要由電力電子器件的電壓等級所確定。
　　
　　輸出同樣功率的變頻器，使用較高電壓或較多單元串聯所花的代價大于用較低電壓，較少數量而電流較大單元的代價，也就是說在器件電流允許條件下應盡可能選用低的電壓等級。
　　
　　4隔離變壓器問題
　　
　　為了隔離、改善輸入電流及減小諧波，現在所有的中壓“直接變頻”器都不是真正的直接變頻，其輸入側都裝有輸入變壓器，這種配置短時間內不會改變。既然輸入側有變壓器，變頻器和電機的電壓就沒有必要和電網一樣，非用10kV和6kV不可，功率2500kW以下電壓可以不超過3kV，因此就有了變頻器和電機的合理電壓等級問題。
　　
　　200kW～800kW以下的變頻調速宜選用380V或660V電壓等級。它線路簡單，技術成熟，可靠性高，dv/dt小，價格便宜。仍以560kW電機為例，630kW660V的低壓變頻器約35萬，而同容量6000V中壓變頻器約90萬。實現的方法有低-低，低-高，高-低和高-低-高等幾種形式。由于電機，變壓器的價格遠低于變頻器，即使更換電機、變壓器也合理。
　　
　　5原有6kV高壓電機如何與3.5kV變頻器電壓配套
　　
　　自建國以來傳統的6kV高壓電機是已投產的主要產品，為了推廣3.5kV變頻器不可能再花錢更換電機，作者提出一個簡便方案，以供參考。
　　
　　制造廠原有6kV電機一般均為星形接線，其相繞組承受實際電壓為3468V，故只要將繞組改接成三角形其它不變。配3.5kV變頻器就把變頻器電壓從6kV下降到3.5kV，從表3可見4.5kV器件不串聯就可承受3kV耐壓。如果用1.7kV器件3串即可。制造成本將下降30%。而我國目前30MW機組zui大電機2500kW采用3.5kV電壓*合理。
　　
　　6對電網諧波污染的防治措施
　　
　　從實用角度整流橋組成12相整流可消除5、7次諧波已基本滿足電網諧波要求。因此400kW～800kW采用12相整流即可，1000kW～2500kW采用24相也可以符合要求。