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摘 要 随着变频调速技术的不断发展，高压电动机采用变频调速技术进行调速运行的应用实例越来越多，特别是在火力发电厂生产辅机中，高压电动机为数众多，在数量和容量上占据主导地位。高压电动机采用变频调速控制技术既解决了电机软启动和实现无级调速、满足生产工艺需要的问题，又可以大幅节约能源，降低生产成本，是一举多得的好事情。
关键词 高压变频器；原理；应用
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-113-01
现代工业领域中，拥有大量的大功率风机、泵类设备，例如高炉鼓风机、炼钢制氧机、除尘风机、石化生产的压缩机，还有电力工业的给水泵、引风机，矿山的排水泵、排风扇以及城市供水泵等、这些设备的驱动电动机都是400 kW-40000 kW、3 kV-10kV的大功率高压交流电动机，如果不用调速装置，将使电能造成很大的浪费。轧钢机、电力机车等也常用大功率高压电动机驱动或牵引，也需要调速装置来进行精确控制。据统计，高压电动机用电量占总的电动机用电量的2/3以上。因此，在工作实践中不断加强对高压变频器的原理及应用的分析是十分必要的。
1 高压变频器的原理及分类
1.1 原理分析
所谓高压变频器，一般情况下是指电压高于AC380V的变频器，常见的有0.69 kV、2.3 kV、3kV、6kV和10kV电压等级。由于和电网电压相比，只能算作中压，因此在国外通常也称这类变频器为中压变频器（MidiumVoltage）。高压变频器和低压变频器实质上区别不大，在变频原理、机械特性与负载特性、控制技术、对周边电气设备的影响等方面基本上是相同的。只是由于开关器件的耐压、造价和谐波对周边设备影响较大等原因，开发了新的高压变频器主电路拓扑结构。此外因负载对动稳态的要求较高，故对PWM控制方法及控制技术等方面也有许多新的开发。
1.2 高压变频器的分类
高压变频器按结构特点可分为两类结构方式：第一类为高一低一高式高压变频器，由降压变压器将电网高压降为市用低压（如400 V），接人一般低压变频器变频，再经升压变压器升为高压，驱动高压电动机，包含了高、低、高三个环节，故称为高一低一高式高压变频器；第二类为高一高式高压变频器，变频器直接接到电网高压，变频后直接接到高压电动机，只有高、高两个环节，没有低压环节，故称为高一高式高压变频器。这类变频器又分开关器件串联式、钳位式和功率单元串联式三种高压变频器。所谓开关器件串联是指一般两电平变频器每个桥臂用两个或两个以上开关器件串联，以适应承受高压的需要。高压变频器按输出电平可分为两电平和多电平两类，两电平变频器输出只有两个电平，包括高一低一高式、开关器件串联式高压变频器；多电平变频器是指输出多于两电平的变频器，包括钳位式变频器和功率单元串联式变频器，其中三电平钳位式变频器应用最广。
2 电厂应用高压变频器的问题与对策
2.1 选择合适的高压变频器类型
在电厂实际生产中，特别是100 MW以上的机组，生产辅机中高压电机占主要地位，这部分的负载用电占厂自用电的比例很大，因此，使用高压变频技术进行节能改造大有潜力。火电厂可以使用高压变频器的负载很多，主要有锅炉引风机、鼓风机、给水泵、循环水泵、灰浆泵以及给料系统等。目前，结合电厂负荷实际情况做好选型工作是使用高压变频技术最重要的一步。工程实践中，通常选用高—低—高型变频器以及直接高压型变频器中的三电平方案和单元串联多电平方案。①负载容量小于500 kW这个容量范围的变频器占全厂总负荷比例较小，无论是老设备改造还是新建的项目，当谐波并非主要问题时，完全可以采用6脉冲（或者12脉冲），价格低廉，投资回报快，相比之下如果采用变频器，由于系统结构的原因，单位价格（元/kW）非常高，有些大材小用。当然更为理想的是能够采用扃—中方案，变频器直接驱动690VAC电机，系统效率和应用效果都能处于最佳。②负载容量在500 kW-800 kW之间此段容量的高压变频器既可以采用高—低—高方案，也可以采用直接输出高压方案，这就需要用户对装置性能、谐波影响、装置尺寸、安装场地、投资运算、使用维护等多方面综合进行评估。通常情况下，对于新建项目，采用高—中方案，变频器直接驱动690VAC电机，整个系统的综合性能价格比较高，而对于老设备改造项目，如果原有电机不做改动，那么采用三电平电压源型高压变频器和单元串联多电平型高压变频器比较合适。③负载容量在800 kW以上800 kW以上的高压变频器负荷容量相对较大，对于高—低—高或高—中方案来说，690VAC部分的输出电流比较大，截面积较大的输出电缆不便于铺设和连接，因此适宜选用直接输出高压型方案，建议采用三电平电压源型高压变频器或者单元串联多电平型高压变频器。
2.2 实际应用中的问题与对策
高压变频器是集电力电子技术和控制技术为一体的大型电气设备，实际应用中可能碰到各种具体问题需要采取不同对策，以保证设备长期可靠运行。
1）变频器散热无论是哪种形式的高压变频器，其正常发热量大约为容量的4%-6%。对于安装场所来说，必须做好通风散热，过高的环境温度会使变频器输出功率降低，并加速电子元件的老化，影响变频器使用寿命，因此建议给变频器加装通风散热风道或加装空调。
2）变频电机普通电机通过自有的风扇冷却，但在变频调速过程中其冷却效果随着电机转速降低而下降，对于长期运行在较低频率且需要输出较大转矩的场合，应当考虑采用独立电源供电的变频电机。
3）变压器几乎所有形式的高压变频器都有进线变压器，如果采用干式变压器放置在配电室内，最好能配置柜体，并考虑散热。
4）控制电源某些品牌高压变频器需要低压控制电源，建议对控制电源增设UPS保证可靠供电，防止因控制电源故障导致变频器跳闸。
5）旁路刀闸切换对于重要场合的负载，建议增加工频旁路，可以采用简单可靠的旁路刀闸（3只刀闸）配置成切换柜，3只刀闸间建立相互联锁的关系，当变频器故障跳闸后通过刀闸切换，使工频电网直接驱动电机运行。
参考文献
[1]曾允文编.变频调速SVPWM技术的原理、算法与应用[M].机械工业出版社，2010 .
[2]王汝武主编.节能技术及工程实例[M].化学工业出版社，2006.
关键词 高压变频器；原理；应用
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-113-01
现代工业领域中，拥有大量的大功率风机、泵类设备，例如高炉鼓风机、炼钢制氧机、除尘风机、石化生产的压缩机，还有电力工业的给水泵、引风机，矿山的排水泵、排风扇以及城市供水泵等、这些设备的驱动电动机都是400 kW-40000 kW、3 kV-10kV的大功率高压交流电动机，如果不用调速装置，将使电能造成很大的浪费。轧钢机、电力机车等也常用大功率高压电动机驱动或牵引，也需要调速装置来进行精确控制。据统计，高压电动机用电量占总的电动机用电量的2/3以上。因此，在工作实践中不断加强对高压变频器的原理及应用的分析是十分必要的。
1 高压变频器的原理及分类
1.1 原理分析
所谓高压变频器，一般情况下是指电压高于AC380V的变频器，常见的有0.69 kV、2.3 kV、3kV、6kV和10kV电压等级。由于和电网电压相比，只能算作中压，因此在国外通常也称这类变频器为中压变频器（MidiumVoltage）。高压变频器和低压变频器实质上区别不大，在变频原理、机械特性与负载特性、控制技术、对周边电气设备的影响等方面基本上是相同的。只是由于开关器件的耐压、造价和谐波对周边设备影响较大等原因，开发了新的高压变频器主电路拓扑结构。此外因负载对动稳态的要求较高，故对PWM控制方法及控制技术等方面也有许多新的开发。
1.2 高压变频器的分类
高压变频器按结构特点可分为两类结构方式：第一类为高一低一高式高压变频器，由降压变压器将电网高压降为市用低压（如400 V），接人一般低压变频器变频，再经升压变压器升为高压，驱动高压电动机，包含了高、低、高三个环节，故称为高一低一高式高压变频器；第二类为高一高式高压变频器，变频器直接接到电网高压，变频后直接接到高压电动机，只有高、高两个环节，没有低压环节，故称为高一高式高压变频器。这类变频器又分开关器件串联式、钳位式和功率单元串联式三种高压变频器。所谓开关器件串联是指一般两电平变频器每个桥臂用两个或两个以上开关器件串联，以适应承受高压的需要。高压变频器按输出电平可分为两电平和多电平两类，两电平变频器输出只有两个电平，包括高一低一高式、开关器件串联式高压变频器；多电平变频器是指输出多于两电平的变频器，包括钳位式变频器和功率单元串联式变频器，其中三电平钳位式变频器应用最广。
2 电厂应用高压变频器的问题与对策
2.1 选择合适的高压变频器类型
在电厂实际生产中，特别是100 MW以上的机组，生产辅机中高压电机占主要地位，这部分的负载用电占厂自用电的比例很大，因此，使用高压变频技术进行节能改造大有潜力。火电厂可以使用高压变频器的负载很多，主要有锅炉引风机、鼓风机、给水泵、循环水泵、灰浆泵以及给料系统等。目前，结合电厂负荷实际情况做好选型工作是使用高压变频技术最重要的一步。工程实践中，通常选用高—低—高型变频器以及直接高压型变频器中的三电平方案和单元串联多电平方案。①负载容量小于500 kW这个容量范围的变频器占全厂总负荷比例较小，无论是老设备改造还是新建的项目，当谐波并非主要问题时，完全可以采用6脉冲（或者12脉冲），价格低廉，投资回报快，相比之下如果采用变频器，由于系统结构的原因，单位价格（元/kW）非常高，有些大材小用。当然更为理想的是能够采用扃—中方案，变频器直接驱动690VAC电机，系统效率和应用效果都能处于最佳。②负载容量在500 kW-800 kW之间此段容量的高压变频器既可以采用高—低—高方案，也可以采用直接输出高压方案，这就需要用户对装置性能、谐波影响、装置尺寸、安装场地、投资运算、使用维护等多方面综合进行评估。通常情况下，对于新建项目，采用高—中方案，变频器直接驱动690VAC电机，整个系统的综合性能价格比较高，而对于老设备改造项目，如果原有电机不做改动，那么采用三电平电压源型高压变频器和单元串联多电平型高压变频器比较合适。③负载容量在800 kW以上800 kW以上的高压变频器负荷容量相对较大，对于高—低—高或高—中方案来说，690VAC部分的输出电流比较大，截面积较大的输出电缆不便于铺设和连接，因此适宜选用直接输出高压型方案，建议采用三电平电压源型高压变频器或者单元串联多电平型高压变频器。
2.2 实际应用中的问题与对策
高压变频器是集电力电子技术和控制技术为一体的大型电气设备，实际应用中可能碰到各种具体问题需要采取不同对策，以保证设备长期可靠运行。
1）变频器散热无论是哪种形式的高压变频器，其正常发热量大约为容量的4%-6%。对于安装场所来说，必须做好通风散热，过高的环境温度会使变频器输出功率降低，并加速电子元件的老化，影响变频器使用寿命，因此建议给变频器加装通风散热风道或加装空调。
2）变频电机普通电机通过自有的风扇冷却，但在变频调速过程中其冷却效果随着电机转速降低而下降，对于长期运行在较低频率且需要输出较大转矩的场合，应当考虑采用独立电源供电的变频电机。
3）变压器几乎所有形式的高压变频器都有进线变压器，如果采用干式变压器放置在配电室内，最好能配置柜体，并考虑散热。
4）控制电源某些品牌高压变频器需要低压控制电源，建议对控制电源增设UPS保证可靠供电，防止因控制电源故障导致变频器跳闸。
5）旁路刀闸切换对于重要场合的负载，建议增加工频旁路，可以采用简单可靠的旁路刀闸（3只刀闸）配置成切换柜，3只刀闸间建立相互联锁的关系，当变频器故障跳闸后通过刀闸切换，使工频电网直接驱动电机运行。
参考文献
[1]曾允文编.变频调速SVPWM技术的原理、算法与应用[M].机械工业出版社，2010 .
[2]王汝武主编.节能技术及工程实例[M].化学工业出版社，2006.