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高壓變頻器選型注意事項解析說明

知識百科

      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把最高電壓降到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機組最大電機2500kW采用3.5kV電壓完全合理 。