高壓電機(jī)調(diào)速技術(shù)現(xiàn)狀

  從現(xiàn)在市場(chǎng)情況看，高壓電機(jī)調(diào)速技術(shù)可分為如下幾種：
  液力耦合器
  在電機(jī)軸和負(fù)載軸之間加入葉輪，調(diào)節(jié)葉輪之間液體（一般為油）的壓力，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)差功率消耗型的做法，其主要缺點(diǎn)是隨著轉(zhuǎn)速下降效率越來(lái)越低、需要斷開(kāi)電機(jī)與負(fù)載進(jìn)行安裝、維護(hù)工作量大，過(guò)一段時(shí)間就需要對(duì)軸封、軸承等部件進(jìn)行更換，現(xiàn)場(chǎng)一般較臟，顯得設(shè)備檔次低，屬淘汰技術(shù)。
  早期對(duì)調(diào)速技術(shù)比較感興趣的廠家，或者是因?yàn)楫?dāng)初沒(méi)有高壓調(diào)速技術(shù)可以選擇，或者是考慮到成本的因素，對(duì)液力耦合器有一些應(yīng)用。如自來(lái)水公司的水泵、電廠的鍋爐給水泵和引風(fēng)機(jī)、煉鋼廠的除塵風(fēng)機(jī)等?，F(xiàn)在，一些老的設(shè)備在改造中已經(jīng)逐漸被高壓變頻替換掉。
  高低高型變頻器
  變頻器為低壓變頻器，采用輸入降壓變壓器和輸出升壓變壓器實(shí)現(xiàn)與高壓電網(wǎng)和電機(jī)的接口，這是當(dāng)時(shí)高壓變頻技術(shù)未成熟時(shí)的一種過(guò)渡技術(shù)。
  由于低壓變頻器電壓低，電流卻不可能無(wú)限制的上升，限制了這種變頻器的容量。由于輸出變壓器的存在，使系統(tǒng)的效率降低，占地面積增大；另外，輸出變壓器在低頻時(shí)磁耦合能力減弱，使變頻器在啟動(dòng)時(shí)帶載能力減弱。對(duì)電網(wǎng)的諧波大，如果采用12脈沖整流可以減少諧波，但是滿足不了對(duì)諧波的嚴(yán)格要求；輸出變壓器在升壓的同時(shí)，對(duì)變頻器產(chǎn)生dv/dt也同等放大，必須加裝濾波器才能適用于普通電機(jī)，否則會(huì)產(chǎn)生電暈放電、絕緣損壞的情況。如果采用特殊的變頻電機(jī)可以避免這種情況，但是就不如采用高低型的變頻器了。
  高低型變頻器
  變頻器為低壓變頻器，輸入側(cè)采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪海瑢⒏邏弘姍C(jī)換掉，采用特殊的低壓電機(jī)，電機(jī)的電壓水平多種多樣，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
  這種做法由于采用低壓變頻器，容量也比較小，對(duì)電網(wǎng)側(cè)的諧波較大，可以采用12脈沖整流減少諧波，但是滿足不了對(duì)諧波的嚴(yán)格要求。在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，電機(jī)不能投入到工頻電網(wǎng)運(yùn)行，在有些不能停機(jī)的場(chǎng)合應(yīng)用會(huì)有問(wèn)題。另外，電機(jī)和電纜都要更換，工程量比較大。
  串級(jí)調(diào)速變頻器
  將異步電機(jī)部分轉(zhuǎn)子能量回饋至電網(wǎng)，從而改變轉(zhuǎn)子滑差實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種調(diào)速方式采用可控硅技術(shù)，需要使用繞線式異步電動(dòng)機(jī)，而現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)幾乎都采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，更換電機(jī)非常麻煩。這種調(diào)速方式的調(diào)速范圍一般在70%-95%左右，調(diào)速范圍窄。可控硅技術(shù)容易造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；隨著轉(zhuǎn)速的降低，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)也變低，需要采取措施補(bǔ)償。其優(yōu)點(diǎn)是變頻部分容量較小，比其他高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)成本稍低。
  這種調(diào)速方式有一種變化形式，即內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)，省卻了逆變部分的變壓器，將反饋繞組直接做在定子繞組里，這種做法要更換電機(jī)，其他方面的性能與串級(jí)調(diào)速接近。
  串級(jí)調(diào)速電機(jī)受轉(zhuǎn)子滑環(huán)的影響，不能做到很大功率，滑環(huán)維護(hù)工作量也大，屬于七八十年代的落后技術(shù)，工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越少。
  電流源型直接高壓變頻器
  這種變頻器，輸入側(cè)采用可控硅進(jìn)行整流，采用電感儲(chǔ)能，逆變側(cè)用SGCT作為開(kāi)關(guān)元件，為傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)。由于器件的耐壓水平有限，必須采用多個(gè)器件串聯(lián)。器件串聯(lián)是一種非常復(fù)雜的工程應(yīng)用技術(shù)，理論上說(shuō)可靠性很低，但有的公司可以做到產(chǎn)品化的地步。由于輸出側(cè)只有兩個(gè)電平，電機(jī)承受的dv/dt較大，必須采用輸出濾波器。電網(wǎng)側(cè)的多脈沖整流器為可選件，用戶需要針對(duì)自己的工廠情況提出要求。這種變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電路就可以將負(fù)載的慣性能量回饋到電網(wǎng)。
  電流源型變頻器的主要缺點(diǎn)是電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，諧波大，而且隨著工況的變化而變，不好補(bǔ)償。
  電壓源型三電平變頻器
  這種變頻器采用二極管整流，電容儲(chǔ)能，IGBT或IGCT逆變。三電平的逆變形式，采用二極管鉗位的方式，解決了兩個(gè)器件串聯(lián)的難題，技術(shù)上比兩個(gè)器件簡(jiǎn)單直接串聯(lián)容易，同時(shí)，增加了一個(gè)輸出電平，使輸出波形比兩電平好。
  這種變頻器的主要問(wèn)題是：由于采用高壓器件，輸出側(cè)的dv/dt仍舊比較嚴(yán)重，需要采用輸出濾波器。由于受到器件耐壓水平的限制，最高電壓只能做到4160V，要適應(yīng)6KV和10KV電網(wǎng)的需要，更換電機(jī)是一種做法，但是造成故障時(shí)向電網(wǎng)旁路較麻煩。對(duì)于6KV電機(jī)有一種變通做法，就是將電機(jī)由星型接法改為角型接法，這樣電機(jī)的電壓就變?yōu)?KV；這種做法使電機(jī)的環(huán)流損耗上升，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有燒毀電機(jī)的事例，有可能與此有關(guān)。還有的公司用這種變頻器實(shí)現(xiàn)高低高方式，使容量比原來(lái)采用低壓變頻器實(shí)現(xiàn)高低高方式時(shí)大，但是高低高方式所存在的問(wèn)題依然存在。
  三電平變頻器一般采用12脈沖整流方式。
  功率模塊串聯(lián)多電平變頻器
  這種變頻器采用低壓變頻器串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)高壓，是電壓源型變頻器。它的輸入側(cè)采用移相降壓型變壓器，實(shí)現(xiàn)18脈沖以上的整流方式，滿足國(guó)際上對(duì)電網(wǎng)諧波的最嚴(yán)格的要求。在帶負(fù)載時(shí)，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可達(dá)到95%以上。在輸出側(cè)采用多級(jí)PWM技術(shù)，dv/dt小，諧波少，滿足普通異步電機(jī)的需要?？筛鶕?jù)負(fù)載的需要設(shè)計(jì)變頻器的輸出電壓，是解決6KV、10KV電機(jī)調(diào)速的較好辦法。功率電路采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，更換簡(jiǎn)單，所用器件在國(guó)內(nèi)采購(gòu)也比較容易。
  這種變頻器采用低壓IGBT作為逆變?cè)?，與采用高壓IGBT的三電平變頻器相比，功率元件數(shù)目較多，但技術(shù)上較成熟。與采用高壓IGCT的三電平變頻器相比，功率元件數(shù)目較多，但總元件數(shù)目卻較少，因?yàn)镮GCT需要非常復(fù)雜的輔助關(guān)斷電路。
  由于整流變壓器與功率模塊的連線較多，因此變壓器不能與變頻器分開(kāi)放置，在空間有限的場(chǎng)合不是很靈活