新型的IGBT(IGCT)高中壓變頻器
| 即認爲U1＝E1，保持＝常數即可。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。 當頻率較低時，U1和E1都變小，定子漏阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）不能再忽略。這種情況下，可以人爲地適當提高定子電壓以補償定子電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。如圖一所示， 其中1爲U1/f1＝C時的電壓、頻率關係，2爲有電壓補償時（近似的E1/f1＝C）的電壓、頻率關係。實際裝置中U1與f1的函數關係並不簡單的如曲線2所示。通用變頻器中U1與f1之間的函數關係有很多種，可以根據負載性質和運行狀況加以選擇。 2、基頻以上的弱磁變頻調速 這是考慮由基頻開始向上調速的情況。頻率由額定值f1N向上增大，但電壓U1受額定電壓U1N的限制不能再升高，只有保持U1＝U1N不變。必然會使主磁通隨著f1的上升而減小，相當於直流電動機弱磁調速的情況，屬於近似的恒功率調速方式。 綜合上述兩種情況，非同步電動機變頻調速的基本控制方式如圖 二所示。 由上面的討論可知，非同步電動機的變頻調速必須按照一定的規律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻裝置獲得電壓頻率均可調節的供電電源，實現所謂的VVVF（Variable Voltage Variable freqeency）調速控制。通用變頻器可適應這種非同步電動機變頻調速的基本要求。 變頻調速器功能： 序號 變頻器的應用效能 技術內容 主要注意事項 1 原有恒速運行的非同步電動機的調速控制 改變籠型非同步電動機的頻率和電壓，實現調速運行 對標準型電動機：低速時散熱能力變壞，應注意溫升頻率較低時適當減輕負載 2 實現軟起動和軟停車 採用變頻起動或停車。可預先設定加、減速時間（0.1~6000s） 根據負載的運行情況恰當地設定加、減速時間 實現頻繁的起、停車 如果用工頻電源直接起動，則起動電流大；利用變頻器起動，則可以在較小的電流下實現快加、減速，電動機的發熱較小 加、減速時的動態轉矩，會增加電動機和變頻器的容量負擔，應事先考查GD2和加、減速時間 3 不用主電路接觸器即可實現正、反轉控制 主電路中主開關的切換順序決定了輸出相序。避免了使用主電路接觸器進行機械式切換的弊端。可以可靠地實現正、反轉之間的聯鎖 用於升降機等的控制，當升、降方向改變時，需要採用機械制動，實現靜止保持 4 可方便地實現電氣制動 機械能經電動機轉變成變頻器內部的電能 時，電動機則自動産生制動轉矩 靠變頻器自身，制動轉矩可達20％。如果接制動電阻器，制動轉矩可以提高，擔應注意制動電阻的容量 5 實現高頻電動機的高速運行 工頻的電動機同步轉速最高3000r/min（50Hz）或3600r/min（50Hz）。利用高頻變頻器爲高頻電動機供電，轉速可以達到180000r/min（3000Hz） 電動機的輸出能力是由頻率和電壓的正確關係保證的。通用非同步電動機的供電頻率法達到高速化程度（最高可能達到120Hz）。另外，有必要校核電動機的機械強度。 6 多台電動機可用一台變頻器同時傳動，實現調速運行 通用變頻器是一種爲電動機提供電源的裝置。在容量允許條件下，可以並聯多台電動機，各台電動機的容量不必相同 若採用異頻電動機，各電動機的運行速度可能不相同。如果採用同頻電動機，則各台時機的轉速是相同的 7 變頻起動電動機時，電源的容量可以減小 用工頻電源直接起動異頻時機，起動初始電流可達5－6倍額定值。如果低頻起動，可以使電流限制在100％－150％ 電源變壓器容量可以限制到電動機容量的1.5倍 （2）、高壓變頻調速器 高壓變頻器正向著高可靠性、低成本、高輸入功率因數、高效率、低輸入輸出諧波、低共模電壓、低du/dt 等方向發展。電流源型變頻器技術成熟，且可四象限運行，但由於高壓時器件串聯的均壓問題、輸入諧波對電網的影響和輸出諧波對電動機的影響等問題，使其應用受到限制。對風機、水泵等一般不要求四象限運行的設備，單元串聯多電平PWM電壓源型變頻器在輸入與輸出諧波、效率和輸入功率因數等方面有明顯的優勢，具有較大的應用前景。 （3）、專案的系統設計及工藝分析 單元串聯多電平PWM電壓源型變頻器採用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，取名爲完美無諧波變頻器。該變頻器具有對電網諧波污染小、輸入功率因數高、不必採用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置。輸出波形好，不存在由諧波引起的電動機附加發熱和轉矩脈動、雜訊、輸出du/dt 、共模電壓等問題，可以使用普通的非同步電動機。 （4）專案的技術路線： 設計原則：對國外類似産品進行進一步的結構研究，吸取優點，溶合我們的創造性： 採用美國TI公司最新設計的專用DSP，購置功能強大的開發系統，設計集DSP、CPU、PAL等一體的多功能控制板，加工製作，實驗調試。 主回路以單元爲基礎，發展到整體聯機，系統調試。 外協耦合變壓器。 （5） 本專案的國內外發展現狀 電氣傳動的交流化已經成爲電機控制的必然趨勢。目前絕大多數新上的電氣傳動設備，首選方案都是變頻調速。500KW以下的IGBT變頻器已經取代SCR，BJT等變頻器，達到成熟階段。但是，在高中壓、大功率領域，IGBT（或IGCT）變頻器則處於剛剛起步階段。 高中壓變頻器的發展階段以不同的電力電子器件的應用爲標誌。SCR元件本身沒有可控關斷功能，其構成的變頻器功率因數差，諧波比例大，是電網標準不允許的，在已有的應用例子中，必須附加大量的功率因數補償裝置和濾波器等。儘管如此，還是達不到令人滿意的性能指標。隨著電力電子技術的高速發展，其他新型、高性能器件的出現，使SCR變頻器在沒有廣泛應用於市場的情況下，就已經變成正在淘汰的産品。 GTO變頻器比SCR有了一些改進，具有可關斷功能，在一定程度上減少了諧波對電網的影響，但是，由於開關頻率不高，限制了變頻器的性能指標，而且，GTO器件對驅動級電路的要求高，電路複雜，可靠性難以保證，這些因素使GTO變頻器不可能達到大規模推廣的程度。至目前爲止，SCR變頻器和GTO變頻器的現場應用總量還沒有達到市場容量的0.1％。 BJT器件的耐壓性能特點，使它在低壓領域的變頻器有過發展，但從未有資格涉入高中壓變頻器的行列。 新型的高中壓變頻器的主電路是由IGBT（或IGCT）組成的。在上個世紀的八十年代和九十年代，500KW以下的IGBT變頻技術發展至成熟。但是在大功率領域，由於電壓高，單IGBT器件無法滿足耐壓要求，因此一些國外大公司努力採用串聯技術，即將多個IGBT串聯以滿足電動機的高壓要求。這樣一來，系統中就必須有"均壓技術"，以避免將IGBT燒損。但是由於器件本身的特性決定，"均壓技術"很難解決，它成爲全球本行業的"攔路虎"，阻礙了高中壓IGBT變頻器的發展。 在90年代末，一種新型的電路結構出現，它可以避免"均壓技術"，也就是說，採用這種新型電路結構，既可以不採用"均壓技術"，又可以解決高壓問題。所以，只要低壓變頻器技術過關，高壓變頻器同樣可以過關。這一突破性進展，給我國傳動界的發展帶來了一個極好的契機。如果我們馬上抓住這個契機，集中力量，迎頭趕上，就可以實現與國際同步發展，否則，將失去市場競爭力，將失去知識經濟帶給我們的一個良好機遇。 2、專案的成熟性和可靠性論述 本專案採用專用的DS、多CPU、大規模可編程邏輯電路及多功能軟體的綜合，60路PWM同時輸出，連續的速度可調，完美無諧波控制方式，現場匯流排擴展功能，實現對變頻器的智慧控制。 採用美國TI公司最新設計的專用DSP，並在此基礎上實現多CPU控制，具有世界先進性；至目前爲止所查資料，還沒有與我們的系統完全一致的綜合，因此具有創新性；根據國際類似的系統的開發情況，以及我們雄厚的理論基礎和前期的開發經驗，具有相當的技術成熟性；開發新型系統所需的所有的器件可以在市場上買到，具有可行性。 開發的6000伏變頻器頻率連續可調，輸出端的5次諧波爲0.01％，7次、11次、13次、17次、19次、23次和25次諧波全部爲0，總電流失真爲1.21％，完全符合國際IEEE519標準。 四、專案産品市場調查與競爭能力預測 1、市場調查 據國家經貿委節能技術中心1998年統計，全國風機總功率0.89億千瓦，水泵總功率2.1億千瓦，其他交流電機總功率3.4億千瓦；其中高壓電機占3億千瓦，占工業用電的20%，設備效率爲75%，而實際運行效率僅爲30%-49%。 高壓電機廣泛分佈於冶金、化工、石化、電力、建材、煤炭、城建、等行業；按國家電氣傳動設計慣例，凡電機功率在400KW以上，一般均採用高壓電機；按變頻調速技術節電計算、節電率30%-50%，一年節電3500億千瓦時，約合人民幣1400億元，以上還不包括國外使用高壓電機的市場。 高中壓變頻器的大容量是其本身的固有屬性，其主要用戶是大容量風機泵類。而風機泵類等的節能潛力十分巨大，市場需求亦很迫切。我國大功率風機泵類設備雖然在電動機台數上僅占20％左右，但在能源消耗上卻占80％以上。這種能源消耗中，有很大的部分是浪費掉的，在沒有高中壓變頻的情況下，這種浪費是無可奈何的。1998年1月1日我國發佈的"節約能源法"中明文規定，"逐步實現電動機風機泵類設備和系統的經濟運行，發展電機調速節電，……，提高電能利用率"，這不僅將風機泵的調速節能的必要性用法律的方式確定了下來，而且也指明了高中壓變頻器不可懷疑的市場前景。 就風機泵類設備而言，有： 通風機：如電廠，大型冶金企業等的鼓風機，引風機，排風機等， 壓縮機：大型制氧機，製冷機等， 泵類：油田輸油泵，潛油泵，大型企業的水泵等。 高中壓變頻器的市場需求之廣，調速節能的經濟效益、社會效益、産業化規模之大，還不僅僅在風機泵類負載領域，如下可見更多的市場需求： 大型軋鋼機要求的工藝高，希望調速性能好，利用變頻軋製後，提高生産率，提高産品質量，減少維修時間，制動能量回饋等，帶來的效益十分可觀； 球磨機起停頻繁，電機燒損率相當大，急需變頻軟起動； 提升設備，高爐卷揚，大型起重機，裝載機，推進機，攪拌機等，多數均需軟起動或變頻節能運行。 在國際上，全球需要變頻調速的大電機總負荷量與總發電量的比例，與國內比例相當。在經濟發達的國家，已經採用各種高中壓變頻器的應用率在1％以下，在中等發達和落後國家，已經採用率在0．3％以下(中國已經採用率在0．1％以下)。 2、企業競爭能力預測 目前國內、國際市場共有三家生産6000V高-高變頻器，國外二家是美國ROBICON公司、美國AB公司，國內是北京某公司。我公司是美國ROBICON公司中國代理，在中國已銷售多台該公司産品，但由於該公司産品上15%的關稅、産品本身售價高、備件價格高、售後服務費用高（美國工程師每小時50美金）等因素，産品價格很難爲中國用戶接受，雖然在中國高壓變頻市場佔有率第一，每年也只有30台的業績；美國AB公司的售價比ROBICON公司還要高10%，在中國的銷量更小；北京某公司2000年開發成功該産品，在2001年剛推向市場。 由於我公司是美國ROBICON公司的中國代理，對中國高壓變頻器的市場分佈及用戶需求了如指掌，有自己的高壓變頻器銷售網路，因此，一旦本公司的高壓變頻器推出，將大大縮短進入市場的時間，可以充分利用現有的銷售網路，節省産品推廣資金和寶貴的産品佔有市場時間，迅速取得較大的市場份額。 如果從價格角度看，目前購買所有器件需要的費用還不足國外變頻器價格的30％，加之人工費，加工費，管理費等，還不到國外變頻器價格的50％，如果我們按國外變頻器價格的80％銷售，則單台産品利稅率爲40％，加之我們維護方便的優勢，是會很有競爭力的，可見其巨大的經濟效益。 五、專案銷售方案 1、營銷方案 本專案的銷售物件主要有冶金、化工、石化、電力、建材、煤炭、城建、等行業；針對上述行業本産品的營銷方案主要有以下幾個辦法： (1) 利用公司現有的銷售網路，將全國劃成若干個區域，在各銷售 區域內指定銷售人員負責。 (2)通過各行業協會對現有高壓電機進行設備現狀調查，掌握第一手全國高壓電機設備資料； (3)在各相關技術刊物上刊登廣告； (4)贊助各行業組織的年會，介紹本專案産品； (5)派技術人員與銷售人員組成銷售小分隊對客戶的現場進行 循回技術推廣走訪； (6)拍 |
