我國的各類電動機的裝機容量在4億KW以上,而高壓電動機的總裝機容量在1.5億KW以上,其中一半以上是拖動風機、泵類負載的電動機,裝機容量在0.8億KW左右。這些電動機大都為6KV或10KV電壓等級,它們的用電量約占全國用電量的30,而這類電動機往往能耗大、效率低,多數運行在電低負荷區,加上部分風機、泵需要調節流量,如采用通常的風門、擋板、閥門調節,將使效率將得更低,造成大量的能源浪費。
低壓變頻器通過多年的發展,技術成熟,可靠性高,得到了廣大用戶的普遍認可,因此在低壓電動機的驅動方面得到了廣泛應用,也取得了很好的調節與節能效果。隨著電力電子技術和微處理器技術的發展,到上世紀90年代,6KV、10KV等級的高壓變頻調速裝置的研制生產成為可能,經過近10年的發展,高壓變頻技術進展非常快,產品穩定性和可靠性達到使用程度,市場趨于成熟。尤其是單元串聯多電平方式的高壓變頻調速裝置,因其采用低壓變頻成熟技術,單元串聯易于實現冗余,輸出波形完美,適用普通電動機、性價比高等特點而得到用戶的認可。
目前,電氣傳動技術正面臨著一場歷史性的革命,即交流調速取代其它調速及計算機數字控制技術取代模擬控制技術已成為發展趨勢。電機交流調速技術是當今節電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優異的調速、起動和制動性能、高效率、高功率因數和節電效果,廣泛的適用范圍及其它許多優點而被國內外公認為是最有發展前途的調速方式。
2變頻調速節能原理
電動機的變頻調速運行除了能夠滿足生產工藝要求進行調速之外,還有很好的節能效果。這部分節能并不是因為電動機在調速運行時能夠有節能效果,主要是因為電動機拖動的負載在調速運行時所需的功率根據運行的轉速有大的變化,變頻調速因其在大部分調速范圍內效率都很高所以節能效果明顯。
例如對于風機負載,為了滿足風量的要求,采用節流調節時,風機不能在高效率點運行,自身消耗功率增加,同時節流裝置損失了一部分風機輸出的功率,所以雖然風機輸出的實用功率有所降低,甚至是大幅度降低,但是風機的輸入功率變化不大,導致整個系統的效率因此大幅度降低;采用變頻調節后,不存在節流裝置的功率損失,可以使風機能始終運行在高效率點附近,同時變頻調節自身效率比較高,所以能使整個系統的效率維持在較高的水平,電動機消耗的功率基本上只隨著輸出實用功率的變化而線形變化。
對于風機和泵類負載,由流體力學知識可知,其輸出的功率與其轉速的三次方成正比,所以當其轉速減小時,其能耗也隨著轉速以三次方的速率下降,因此節能效果非常明顯。
3高、低壓變頻器的可靠性比較
人們的傳統概念中,總是認為低壓變頻器無論是在功率器件還是在控制方面技術成熟,安全可靠;高壓變頻器是個新事物,高壓功率器件耐壓不夠,串并聯技術不成熟,控制電路復雜,沒有經過市場的應用檢驗,可靠性不高,有時為了實現調節目的,寧愿通過降壓變壓器降壓并采用低壓電動機驅動,增加了費用,降低了效率。這是人們的誤解,以下就幾個方面做一下低壓變頻器和單元串聯多電平方式的高壓變頻器的可靠性比較。
1.功率元器件
單元串聯多電平方式的高壓變頻器采用的功率元器件一般是1700V等級的IGBT,這個耐壓等級的IGBT是低壓變頻器中常用且被證明是成熟可靠的元器件。
2.控制技術
單元串聯多電平方式的高壓變頻器中的每個功率單元都是一個三相輸入、單相輸出的低壓變頻器,驅動和控制技術同樣成熟可靠。
3.元器件數量
從理論上講,原器件數量越多,可靠性越低。在這個意義上講,單元串聯多電平方式的高壓變頻器元器件數量大大高于低壓變頻器。
4.電路冗余
有冗余設計的系統可靠性大大高于無冗余設計的系統;低壓變頻器一般只有一個逆變橋,很難
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