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1測量儀表

面對變頻器含有大量諧、畸變或是非工頻的電量，準確的測量方法是采用具有FFT功能的儀器。

對于高壓、大容量的變頻器進行測試，由于電壓、電流數值較大，一般的儀表不能滿足要求，要采用電壓或電流傳感器，然后再接儀表進行測量。WP4000變頻功率分析儀根據搭配不同的變頻功率傳感器高測試可實現電壓10kV、電流7000A高壓變頻器的輸入、輸出、效率測試。

• 包括：

• 輸入值：額定輸入電壓、額定輸入電流、額定容量、有功功率、功率因數、輸入各次諧波、輸入總諧波失真度。

• 輸出值：大額定輸出電壓、額定連續電流、額定功率、頻率范圍、過載能力、輸出各次諧波、輸出總諧波失真度。

• 效率：在設計的頻率范圍內，各個頻率下的效率。

2基本原理

高壓大功率變頻調速裝置被廣泛地應用于大型礦業生產廠、石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等行業的各種風機、水泵、壓縮機、軋鋼機等。

在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業廣泛應用的泵類負載，占整個用電設備能耗的40%左右，電費在自來水廠甚至占制水成本的50%。這是因為：一方面，設備在設計時，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工況的變化，需要泵機輸出不同的流量。隨著市場經濟的發展和自動化，智能化程度的提高，采用高壓變頻器對泵類負載進行速度控制，不但對改進工藝、提高產品質量有好處，又是節能和設備經濟運行的要求，是可持續發展的必然趨勢。對泵類負載進行調速控制的好處甚多。從應用實例看，大多已取得了較好的效果（有的節能高達30%-40%），大幅度降低了自來水廠的制水成本，提高了自動化程度，且有利于泵機和管網的降壓運行，減少了滲漏、爆管，可延長設備使用壽命。

調節方法

泵類負載的流量調節方法及原理

泵類負載通常以所輸送的液體流量為控制參數，為此，常采用閥門控制和轉速控制兩種方法。

閥門控制

這種方法是借助改變出口閥門開度的大小來調節流量的。它是一種相沿已久的機械方法。閥門控制的實質是改變管道中流體阻力的大小來改變流量。因為泵的轉速不變，其揚程特性曲線H－Q保持不變，如圖1所示。

當閥門全開時，管阻特性曲線R1－Q與揚程特性曲線H－Q相交于點A，流量為Qa，泵出口壓頭為Ha。若關小閥門，管阻特性曲線變為R2－Q，它與揚程特性曲線H－Q的交點移到點B，此時流量為Qb，泵出口壓頭升高到Hb。則壓頭的升高量為：ΔHb=Hb-Ha。于是產生了陰線部分所示的能量損失：ΔPb=ΔHb×Qb 。

轉速控制

借助改變泵的轉速來調節流量，這是一種*的電子控制方法。轉速控制的實質是通過改變所輸送液體的能量來改變流量。因為只是轉速變化，閥門的開度不變，如圖2所示，管阻特性曲線R1－Q也就維持不變。額定轉速時的揚程特性曲線Ha－Q與管阻特性曲線相交于點A，流量為Qa，出口揚程為Ha。

當轉速降低時，揚程特性曲線變為Hc－Q，它與管阻特性曲線R1－Q的交點將下移到C，流變為為Qc 。此時，假設將流量Qc控制為閥門控制方式下的流量Qb，則泵的出口壓頭將降低到Hc。因此，與閥門控制方式相比壓頭降低了：ΔHc=Ha-Hc。據此可節約能量為：ΔPc=ΔHc×Qb。與閥門控制方式相比，其節約的能量為：P=ΔPb+ΔPc=（ΔHb－ΔHc）×Qb。

將這兩種方法相比較可見，在流量相同的情況下，轉速控制避免了閥門控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的能量損失。在流量減小時，轉速控制使壓頭反而大幅度降低，所以它只需要一個比閥門控制小得多的，得以充分利用的功率損耗。

效率分析

泵機在變速下的效率分析

隨著轉速的降低，泵的率區段將向左方移動。這說明，轉速控制方式在低速小流量時，仍可使泵機率運行。

在變頻狀態下供水方式的研究

在由多點、多泵站構成的供水系統中，需對泵站出口的壓頭進行控制，以便與管網系統適配，達到更好的系統性能指標，這可以分為恒壓供水、變壓供水和分時段變壓供水。

恒壓供水

使泵站出口壓頭維持不變，是該系統控制的目標。在圖4中，給定出口壓頭為Hg。

當流量Q變動時，因轉速變化導致揚程特性H1－Q上下移動，泵的工作點將在H=Hg線上作水平移動（A、B、C、D）。這雖然滿足了流量的要求，但因為管阻特性R變陡，造成了能量浪費。

恒壓供水系統實施比較方便，易于和多泵站供水的中、大型管網系統相協調，具有一定的通用性，和實用性，所以有些裝備調速泵機的自來水廠樂于采用此法，在恒壓控制方式下，因泵站出口處的壓頭維持不變，使泵并聯特性與負載的實際特性之間有一定的差距，節能效果不如變壓供水系統。

變壓供水方式

為了節約能量，應盡量使出口壓頭隨著流量的減小而降低（至少不能升高），此時可采用泵站出口端“變壓供水”方式，如圖5所示。在圖中，因轉速下降時揚程特性下移，與管阻特性R1－Q相交于點C，流量從Qa減小到Qc（設流量Qc與恒壓控制時的QB相等）。變壓控制形成了較大的壓差 H=Hac，因而可節約如圖5陰線部分所示的能量。變壓供水因出口壓頭降低，抑制了管阻特性變化所贊成的損耗及水泵的附加損耗，節能*。

總結

通過分析，變頻器在泵類負載的調速過程中，是可以供水方式進行優化的，已達到更好的節電效果。

3基本分類

高壓變頻器的種類繁多，其分類方法也多種多樣。按著中間環節有無直流部分，可分為交交變頻器和交直交變頻器；按著直流部分的性質，可分為電流型和電壓型變頻器；按著有無中間低壓回路，可分為高高變頻器和高低高變頻器；按著輸出電平數，可分為兩電平、三電平、五電平及多電平變頻器；按著電壓等級和用途，可分為通用變頻器和高壓變頻器；按著嵌位方式，可分為二極管嵌位型和電容嵌位型變頻器等等。

電流型

由于在變頻器的直流環節采用了電感元件而得名，其優點是具有四象限運行能力，能很方便地實現電機的制動功能。缺點是需要對逆變橋進行強迫換流，裝置結構復雜，調整較為困難。另外，由于電網側采用可控硅移相整流，故輸入電流諧波較大，容量大時對電網會有一定的影響。

高壓型

由于在變頻器的直流環節采用了電容元件而得名，隨著技術的進步，高壓變頻器可以實現四象限運行，也能實現矢量控制，已經成為當前傳動系統調速的主流產品。

高低高型

采用升降壓的辦法，將低壓或通用變頻器應用在中、高壓環境中而得名。原理是通過降壓變壓器，將電網電壓降到低壓變頻器額定或允許的電壓輸入范圍內，經變頻器的變換形成頻率和幅度都可變的交流電，再經過升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。

這種方式，由于采用標準的低壓變頻器，配合降壓，升壓變壓器，故可以任意匹配電網及電動機的電壓等級，容量小的時候（<500KW）改造成本較直接高壓變頻器低。缺點是升降壓變壓器體積大，比較笨重，頻率范圍易受變壓器的影響，還有就是由于引入了變壓器使得系統效率比較低。

一般高低高變頻器可分為電流型和電壓型兩種。

高電流型

電路拓撲結構如圖1所示，在低壓變頻器的直流環節由于采用了電感元件而得名。輸入側采用可控硅移相控制整流，控制電動機的電流，輸出側為強迫換流方式，控制電動機的頻率和相位。能夠實現電機的四象限運行。

高電壓型

前段引入降壓變壓器，將電網降壓，然后連接低壓變頻器。低壓變頻器輸入側可采用可控硅移相控制整流，也可以采用二極管三相橋直接整流，中間直流部分采用電容平波并儲能。逆變或變流電路常采用 IGBT元件，通過SPWM變換，即可得到頻率和幅度都可變的交流電，再經升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。需要指出的是，在變流電路至升壓變壓器之間還需要置入正弦波濾波器（F），否則升壓變壓器會因輸入諧波或dv/dt過大而發熱，或破壞繞組的絕緣。該正弦波濾波器成本很高，一般相當于低壓變頻器的1/3到1/2的價格。

高高變頻

高高變頻器無需升降壓變壓器，功率器件在電網與電動機之間直接構建變換器。由于功率器件耐壓問題難于解決，目前直接的做法是采用器件串聯的辦法來提高電壓等級，其缺點是需要解決器件均壓和緩沖難題，技術復雜，難度大。但這種變頻器由于沒有升降壓變壓器，故其效率較高低高方式的高，而且結構比較緊湊。

高高電流

它采用GTO，SCR或IGCT元件串聯的辦法實現直接的高壓變頻，電壓可達10KV。由于直流環節使用了電感元件，其對電流不夠敏感，因此不容易發生過流故障，逆變器工作也很可靠，保護性能良好。其輸入側采用可控硅相控整流，輸入電流諧波較大。變頻裝置容量大時要考慮對電網的污染和對通信電子設備的干擾問題。均壓和緩沖電路，技術復雜，成本高。由于器件較多，裝置體積大，調整和維修都比較困難。逆變橋采用強迫換流，發熱量也比較大，需要解決器件的散熱問題。其優點在于具有四象限運行能力，可以制動。

需要特別說明的是，該類變頻器由于較低的輸入功率因數和較高的輸入輸出諧波，故需要在其輸入輸出側安裝高壓自愈電容。

高高電壓

電路結構采用IGBT 直接串聯技術，也叫直接器件串聯型高壓變頻器。其在直流環節使用高壓電容進行濾波和儲能，輸出電壓可達13.8KV，其優點是可以采用較低耐壓的功率器件，串聯橋臂上的所有IGBT作用相同，能夠實現互為備用，或者進行冗余設計。缺點是電平數較低，僅為兩電平，輸出電壓dV/dt也較大，需要采用特種電動機或加裝共模電壓濾波器和高壓正弦波濾波器，其成本會增加許多。由于它與低壓變頻器有著一樣的拓撲結構，因此它像低壓變頻器一樣具有四象限運行功能，也可以實現矢量控制。

這種變頻器同樣需要解決器件的均壓問題，一般需特殊設計驅動電路和緩沖電路。對于IGBT驅動電路的延時也有極其苛刻的要求。一旦IGBT的開通、關閉的時間不一致，或者上升、下降沿的斜率相差太懸殊，均會造成功率器件的損壞.

嵌位型

鉗位型變頻器一般可分為二極管鉗位型和電容鉗位型。

二極管型

它既可以實現二極管中點嵌位，也可以實現三電平或更多電平的輸出，其技術難度較直接器件串聯型變頻器低。由于直流環節采用了電容元件，因此它仍屬于電壓型變頻器。這種變頻器需要設置輸入變壓器，它的作用是隔離與星角變換，能夠實現12脈沖整流，并提供中間嵌位零電平。通過輔助二極管將IGBT等功率器件強行嵌位于中間零電平上，從而使IGBT兩端不會因過壓而燒毀，又實現了多電平的輸出。

這種變頻器結構，輸出可以不安裝正弦波濾波器。但是由于采用了變壓器，成本上有所增加。

電容型

它采用同橋臂增設懸浮電容的辦法實現了功率器件的嵌位，這種變頻器應用的比較少。

4單元串聯

基本信息

這是近幾年才發展起來的一種電路拓撲結構，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設計，由于采用功率單元相互串聯的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接驅動交流電動機，無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。

6KV變頻器，可以有15個或者18個功率單元組成，每相由5或者6臺功率單元相串聯，并組成Y形連接，直接驅動電機。每臺功率單元電路、結構*相同，可以互換，也可以互為備用。

變頻器的輸入部分是一臺移相變壓器，原邊Y形連接，副邊采用延邊三角形連接，共15到18副三相繞組，分別為每臺功率單元供電。它們被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有5到6副三相小繞組，之間均勻相位偏移8.5或者10度。

特點

該變頻器的特點如下：

① 采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。

② 整流電路的多重化，脈沖數多達30或36，功率因數高，輸入諧波小。

③ 模塊化設計，結構緊湊，維護方便，增強了產品的互換性。

④ 直接高壓輸出，無需輸出變壓器。

⑤ 極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器。

⑥ 采用光纖通訊技術，提高了產品的抗*力和可靠性。

⑦ 功率單元自動旁通電路，能夠實現故障不停機功能。

缺點

1、由于變壓器采用延邊三角形接法，實現8.5度或者10度的移相，由于工藝原因造成相應的誤差，使得變壓器內部環流大，發熱量高，變壓器效率低，從而整個系統效率下降。

2、由于隨著負載率的不同，不是所有的功率單元都輸出功率，導致諧波不能互相抵消。因此在低于額定負載時，諧波增加很快。由于同樣原因，使得啟動轉矩較小，電機抖動及發熱較大，噪聲也較高。

3、由于需要保護電機不受共模電壓的影響需要將電機接地，因此將共模電壓引到了變壓器上，使得變壓器承受了更大的電應力，使得變壓器可靠性降低，壽命降低。

4、由于引入了復雜的移相隔離變壓器，使得成本增加。

5生產現狀

發展背景

隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發展，促進了電氣傳動的技術革命。交流調速取代直流調速，計算機數字控制取代模擬控制已成為發展趨勢。交流電機變頻調速是當今節約電能，改善生產工藝流程，提高產品質量，以及改善運行環境的一種主要手段。變頻調速以其率，高功率因數，以及優異的調速和啟制動性能等諸多優點而被國內外*為有發展前途的調速方式。

以前的高壓變頻器，由可控硅整流，可控硅逆變等器件構成，缺點很多，諧波大，對電網和電機都有影響。發展起來的一些新型器件將改變這一現狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構成的高壓變頻器，性能優異，可以實現PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數也有很大程度的提高。

行業特點

變頻器是一種使電動機變速運行進而達到節能效果的設備，習慣上把額定電壓在3kV到10kV之間的電動機稱為高壓電機，因此一般把針對3kV至10kV高電壓環境下運行的電動機而開發的變頻器稱為高壓變頻器。與低壓變頻器相比，高壓變頻器適用于大功率風電、水泵的變頻調速，可以收到顯著的節能效果。

隨著節能環保需求的增加以及裝備升級改造步伐的加快，中國高壓變頻器行業呈現穩步增長態勢，市場規模從2005年的11億元增至2011年的63億元，年復合增長率達到35.4%；在變頻器中的比重也從2006年的12.9%增至2011年的22.8%。2012年隨著下游行業變頻化率的提升，高壓變頻器市場增長速度有望達到34.92%。中國高壓變頻器行業主要有以下幾個運行特點

國產現狀

隨著技術研究的進一步深入，在理論上和功能上國產高壓變頻器已經可以與進口變頻器相比肩，但是受工藝技術的限制，與進口產品的差距還是比較明顯。這些狀況主要表現在如下幾個方面：

① 國外各*的產品正加緊占領國內市場，并加快了本地化的步伐。

② 具有研發能力和產業化規模的逐年增加。

③ 國產高壓變頻器的功率也越做越大，目前國內大的應用做到了20000KW。

④ 國內高壓變頻器的技術標準還有待規范。

⑤ 與高壓變頻器相配套的產業很不發達。

⑥ 生產工藝一般，可以滿足變頻器產品的技術要求，價格相對低廉。

⑦ 變頻器中使用的功率半導體關鍵器件*依賴進口，而且相當長時間內還會依賴進口。

⑧ 與發達國家的技術差距在縮小，具有自主知識產權的產品正應用在國民經濟中。

⑨ 已經研制出具有瞬時掉電再恢復、故障再恢復等功能的變頻器。

⑩ 部分廠家已經開發出四象限運行的高壓變頻器。

11矢量控制的高壓變頻器也已經在應用。

國外現狀

國外各*的變頻器生產商，均形成了系列化的產品，其控制系統也已實現全數字化。幾乎所有的產品均具有矢量控制功能，完善的工藝水平也是國外品牌的一大特點。在發達國家，只要有電機的場合，就會同時有變頻器的存在。其現階段發展情況主要表現如下：

① 技術開發起步早，并具有相當大的產業化規模。

② 能夠提供特大功率的變頻器，已超過10000KW。

③ 變頻調速產品的技術標準比較完備。

④ 與變頻器相關的配套產業及行業初具規模。

⑤ 能夠生產變頻器中的功率器件，如IGBT、IGCT、SGCT等。

⑥ 高壓變頻器在各個行業中被廣泛應用，并取得了顯著的經濟效益。

⑦ 產品國際化，當地化加劇。

⑧ 新技術，新工藝層出不窮，并被大量的、快速的應用于產品中。

未來態勢

交流變頻調速技術是強弱電混合，機電一體的綜合技術，既要處理巨大電能的轉換（整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它必定會分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關的技術問題，后者要解決的軟硬件控制問題。因此，未來高壓變頻調速技術也將在這兩方面得到發展，其主要表現為：

① 高壓變頻器將朝著大功率，小型化，輕型化的方向發展。

② 高壓變頻器將向著直接器件高壓和多重疊加（器件串聯和單元串聯）兩個方向發展。

③ 更高電壓、更大電流的新型電力半導體器件將應用在高壓變頻器中。

④ 現階段，IGBT、IGCT、SGCT仍將扮演著主要的角色，SCR、GTO將會退出變頻器市場。

⑤無速度傳感器的矢量控制、磁通控制和直接轉矩控制等技術的應用將趨于成熟。

⑥ 全面實現數字化和自動化：參數自設定技術；過程自優化技術；故障自診斷技術。

⑦ 應用32位MCU、DSP及ASIC等器件，實現變頻器的高精度，多功能。

⑧ 相關配套行業正朝著專業化，規模化發展，社會分工將更加明顯。 

發展趨勢

隨著本土高壓變頻器得到更多的用戶的認可，本土品牌憑借良好的性價比優勢正在逐步擴大在國內的*。

品牌：國外品牌多為綜合自動化供應商，擁有多種自動化產品的品牌關聯效應。這種關聯效應還體現在譬如渠道等其他資源的共享上。因此這種“品牌推廣”對于該品牌的產品銷售有很好的推動作用。而本土品牌在自動化產品結構上相對比較單一，更多的是“產品推廣”的營銷策略，因此有一定劣勢。但是隨著本土品牌在市場的逐漸歷練成熟，“產品推廣”的營銷策略也正在向“品牌推廣”轉變。

另外，國外品牌也實施積極的市場策略，ABB的ACS2000系列可能就是應對國內企業風機 泵 壓縮機等市場的。對于本土品牌，在電氣傳動領域，平方轉矩或曰恒功率負載一直是其進入市場的切入點，也是傳動領域的低端市場

技術：技術已經不成為進入這一行業的壁壘，而穩定性及產品性能則逐漸成為各個廠商面臨的主要技術問題。國外品牌由于產品技術相對成熟，行業應用經驗也相對豐富，因此在故障率，元器件質量、以及超大功率產品上用戶相對比較滿意。但是隨著本土品牌的不斷發展，這一差距也在逐步縮小。

價格：毋庸置疑，價格優勢是本土品牌的巨大優勢。這種優勢是短期內不會改變的。而這一特點也迎合了金融危機后，用戶要求性價比，注重減少項目成本的需求。

資金：由于高壓變頻器的單價較高，收款周期都較長，資金的充裕性成為關鍵的競爭力之一，在這一點上，國外品牌壓力較小。通過發展，本土品牌也已積累了一定的資金實力，部分國內廠商已經擁有較充足的資金應對資金流問題以及進行產品的研發與升級。另外，廣州智光、哈爾濱九洲、合康億盛等本土品牌陸續上市，也表明這一行業如低壓變頻一樣會出現更多資本運作。國內廠商逐步度過發展期，開始尋求資本運作，以期提升企業規模效應。

縱觀國內外品牌，技術競爭，營銷競爭已經進入白熱化，但是隨著各品牌針對的目標市場逐漸細化，市場競爭不止表現為價格，也是品牌競爭，脫離制造環節，轉向前端的品牌及研發設計，后端的渠道及服務，也是這一領域可行的商業模式。

同時，如何提高管理水平，嚴格成本控制，優化資金流，人才引進等逐漸成為各品牌之間競爭的核心內容。這種“軟實力”的競爭將在未來更加激烈。

未來我國高壓變頻器行業發展可能還將遵循以下四點發展策略:

一是加強中國變頻器行業協會作用。通過組織和舉辦行業發展研討會等方式，統一行業企業認識，避免行業出現惡性價格競爭情況;出面協調行業企業與政府、社會、上下游客戶的相互關系，積極協助政府落實有關節能降耗政策。

二是以人為本。隨著新產品的開發和應用拓寬進程的加速，人才的培養和補充成為未來行業能否維持高速成長的關鍵。變頻器企業在培養和尊重人才的同時，在使用及留住人才方面，應避免無序競爭控制工程網版權所有，樹立行業全局意識。

三是企業要大力發展推進產業結構和產品結構的調整，依靠科技進步，努力轉變經濟增長方式。健全和完善*體系，提高企業整體服務水平。構建細化產業發展戰略聯盟，鼓勵產業集中向優勢企業轉移。

四是大力加強國家及行業標準化工作的開展。據了解，現有涉及變頻調速設備的3個標準都是以大的傳動設備系統出現，變頻調速設備只是作為一個部件。因此，變頻調速設備還沒有獨立可執行的生產、檢測、驗收等方面的標準。對此，成立全國變頻調速設備標準化技術委員會相關材料已上報國標委，行業協會今后將逐步啟動變頻調速設備標準的制修訂工作，逐步實現變頻調速設備通用標準、各行業特性標準、技術標準、產品標準、方法標準相配套的體系。

6市場發展

高壓變頻器行業下游可謂是冰火兩重天。從下游高壓變頻器市場規模增速看，好的行業是水化工增幅達到10%，化工行業增幅達到7%，石化行業增幅達到6%、石油行業增幅達到6%，增速不好的的行業有冶金、建材、礦山、電力，分別萎縮7%、8%、9%、12%。

盡管，整個高壓變頻器市場沒有出現持續的爆發式的增長，但我國變頻器品牌已經涵蓋了幾乎所有領域，而且相對國際品牌有信價比優勢。內資高壓變頻器的*已經超過55%.從企業排名看，合康變頻增長13.2%，*13%，已經躋身行業*的位置;利德華福*12%、西門子占比11%、ABB占比9%、東方日立占比5%.國電四維發展速度較快，2012年增長44%，行業占比接近5%.

縱觀近些年整個高壓變頻器市場，其價格的底線到了。內資企業價格戰幾乎不可能，外企還有很大利潤空間。外資品牌至少還具有10%的空間，西門子、abb、東芝三菱，可能有*，但不會全面降價。他們都通過代工或是其他品牌做，但是仍然價格高。

7常用措施

高壓變頻器抗干擾的常用措施：

（1）高壓變頻器的E端要與控制柜及電機的外殼相連，要接保安地，接地電阻應小于100Ω，可吸收突波干擾。

（2）高壓變頻器的輸入或輸出端加裝電感式磁環濾波器。平性并繞3-4圈，有助于抑制高次諧波（此方法簡單易行，價格低廉）。

（3）上述磁環濾波器還可根據現場情況加繞在高壓變頻器控制信號端或模擬信號給定端的

進線上。

（4）裝有高壓變頻器的電控柜中，動力線和信號線應分開穿管走線，金屬軟管應接地良好。

（5）模擬信號線要選用屏蔽線，單端在高壓變頻器處接仿真地。

（6）還可通過調整高壓變頻器的載頻來改善干擾。頻率越低，干擾越小，但電磁噪聲越大。

（7）RS485通訊口與上位機相連一定要采用光電隔離的傳輸方式，以提高通信系統的抗

干擾性能。

（8）外配計算機或儀表的供電要和高壓變頻器的動力裝置供電分開，盡量避免共享一個內

部變壓器。

（9）在受干擾的儀表設備方面也要進行獨立屏蔽，市場上的溫控器、PID調節器、PLC、傳感器或變送器等儀表，都要加裝金屬屏蔽外殼并與保安地相連。必要時，可在此類儀表的電源進線端加裝上述的電感式磁環濾波器。

8維護保養

高壓變頻器一般的安裝環境要求：低環境溫度-5℃，高環境溫度40℃。大量研究表明，高壓變頻器的故障率隨溫度升高而成指數的上升，使用壽命隨溫度升高而成指數的下降，環境溫度升高10℃，高壓變頻器使用壽命將減半。此外，高壓變頻器運行情況是否良好，與環境清潔程度也有很大關系。夏季是高壓變頻器故障的多發期，只有通過良好的維護保養工作，才能夠減少設備故障的產生，請用戶務必注意。

在夏季高壓變頻器維護時，應注意變頻器安裝環境的溫度，定期清掃變頻器內部灰塵，確保冷卻風路的通暢。加強巡檢，改善變頻器、電機及線路的周邊環境。檢查是否緊固，保證各個電氣回路的正確可靠連接，防止不必要的停機事故發生。

注意事項

1、 認真監視并記錄變頻器人機界面上的各顯示參數，發現異常應即時反映

2、 認真監視并記錄變頻室的環境溫度，環境溫度應在-5℃～40℃之間。移相變壓器的溫升不能超過130℃

3、 夏季溫度較高時，應加強變頻器安裝場地的通風散熱。確保周圍空氣中不含有過量的塵埃，酸、鹽、腐蝕性及爆炸性氣體

4、 夏季是多雨季節，應防止雨水進入變頻器內部（例如雨水順風道出風口進入）

5、 變頻器柜門上的過濾網通常每周應清掃一次；如工作環境灰塵較多，清掃間隔還應根據實際情況縮短

6、 變頻器正常運行中，一張標準厚度的A4紙應能牢固的吸附在柜門進風口過濾網上

7、 變頻室必須保持干凈整潔，應根據現場實際情況隨時清掃。

8、 變頻室的通風、照明必須良好，通風散熱設備（空調、通風扇等）能夠正常運轉。

維護項目

1、 用帶塑料吸嘴的吸塵器*清潔變頻器柜內外，保證設備周圍無過量的塵埃。

2、 檢查變頻室的通風、照明設備，確保通風設備能夠正常運轉。

3、 檢查變頻器內部電纜間的連接應正確、可靠

4、 檢查變頻器柜內所有接地應可靠，接地點無生銹

5、 每隔半年（內）應再緊固一次變頻器內部電纜的各連接螺母

6、 變頻器長時間停機后恢復運行，應測量變頻器（包括移相變壓器、旁通柜主回路）絕緣，應當使用2500V兆歐表。測試絕緣合格后，才能啟動變頻器

7、 檢查所有電氣連接的緊固性，查看各個回路是否有異常的放電痕跡，是否有怪味、變色，裂紋、破損等現象

8、每次維護變頻器后，要認真檢查有無遺漏的螺絲及導線等，防止小金屬物品造成變頻器短路事故。特別是對電氣回路進行較大改動后，確保電氣連接線的連接正確、可靠，防止'反送電'事故的發生。

9選型事項

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。

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。

節約投資

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。

隔離問題

為了隔離、改善輸入電流及減小諧波，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。

如何配套

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機組大電機2500kW采用3.5kV電壓*合理。

諧波污染

從實用角度整流橋組成12相整流可消除5、7次諧波已基本滿足電網諧波要求。因此400kW～800kW采用12相整流即可，1000kW～2500kW采用24相也可以符合要求

10故障預防

由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。其結構多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設置環境不合理，將容易造成變頻器誤動作及發生故障，或者無法滿足預期的運行效果。為防患于未然，事先對故障原因進行認真分析尤為重要。

主回路

主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內部溫度所決定，在回路設計時已經選定了電容器的型號，所以內部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃，壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當的環境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數的交流或直流電抗器可以減少脈動電流，從而延長電解電容器的壽命。

在電容器維護時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應考慮更換電解電容器。

典型故障

故障現象：變頻器在加速、減速或正常運行時出現過電流跳閘。

首先應區分是由于負載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過歷史記錄查詢在跳閘時的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應考慮是否有過載或突變，如電機堵轉等。在負載慣性較大時，可適當延長加速時間，此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設定范圍內，可判斷是IPM模塊或相關部分發生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、V、W， 分別與直流側的P、N端子之間的正反向電阻，來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅動電路出了故障。如果減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅動電路故障；而加速時IPM模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅動電路部分故障，發生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進入變頻器內部或環境潮濕引起。

控制回路

控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器，其原理與前述相同，但這里的電容器中通過的脈動電流，是基本不受主回路負載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據電容器環境溫度以及使用時間，來推算是否接近其使用壽命。

電源電路板給控制回路、IPM驅動電路和表面操作顯示板以及風扇等提供電源，這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓，通過開關電源再分別整流而得到的。因此，某一路電源短路，除了本路的整流電路受損外，還可能影響其他部分的電源，如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接，致使電源電路板上開關電源部分損壞，風扇電源的短路導致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發現。

邏輯控制電路板是變頻器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規模集成電路，具有很高的可靠性，本身出現故障的概率很小，但有時會因開機而使全部控制端子同時閉合，導致變頻器出現EEPROM故障，這只要對EEPROM重新復位就可以了。

IPM電路板包含驅動和緩沖電路，以及過電壓、缺相等保護電路。從邏輯控制板來的PWM信號，通過光耦合將電壓驅動信號輸入IPM模塊，因而在檢測模快的同時，還應測量IPM模塊上的光耦。

冷卻系統

冷卻系統主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短，臨近使用壽命時，風扇產生震動，噪聲增大后停轉，變頻器出現IPM過熱跳閘。冷卻風扇的壽命受陷于軸承，大約為10000～35000 h。當變頻器連續運轉時，需要2～3年更換一次風扇或軸承。為了延長風扇的壽命，一些產品的風扇只在變頻器運轉時而不是電源開啟時運行。

電磁感應

如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內部，引起控制回路誤動作，造成工作不正常或停機，嚴重時甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有：變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過20 cm；盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主回路分離；變頻器控制回路配線絞合節距離應在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距；變頻器距離電動機很遠時（超過100 m），這時一方面可加大導線截面面積，保證線路壓降在2%以內，同時應加裝變頻器輸出電抗器，用來補償因長距離導線產生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應按規定進行接地，必須在專用接地點可靠接地，不能同電焊、動力接地混用；變頻器輸入端安裝無線電噪聲濾波器，減少輸入高次諧波，從而可降低從電源線到電子設備的噪聲影響；同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器，以降低其輸出端的線路噪聲。

安裝環境

變頻器屬于電子器件裝置，對安裝環境要求比較嚴格，在其說明書中有詳細安裝使用環境的要求。在特殊情況下，若確實無法滿足這些要求，必須盡量采用相應抑制措施：振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件銹蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應對控制板進行防腐防塵處理，并采用封閉式結構；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導體器件，應根據裝置要求的環境條件安裝空調或避免日光直射。

除上述幾點外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇也是非常必要的。對于特殊的高寒場合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應采取設置空氣加熱器等必要措施。

應用領域

電力：引風機、送風機、一次風機、吸塵風機、增壓風機、排粉機、給水泵、循環水泵、凝結水泵、渣漿泵

冶金：除塵風機、通風機、泥漿泵、除垢泵

石化：注水泵、電潛泵、輸油泵、管道泵、排風機、壓縮機、除垢泵

水務：供水泵、取水泵

環保：污水泵、凈化泵、清水泵

水泥：窯爐引風機、壓力送風機、冷卻器吸塵機、生料碾磨機、供氣風機、冷卻器排風機、分選器風機、主吸塵風機

造紙：打漿機

制藥：清洗泵、一次風機、二次風機

采礦：排水泵、排風扇、介質泵、渣漿泵

11各種保護

隨著現代電子技術的發展，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，通過器件串聯或單元串聯得到了很好的解決。

Ipower系列高壓變頻器是采用多單元串聯結構的交-直交電壓源型變頻器，它通過多重疊加技術實現輸入、輸出電壓、電流波形的正弦化，諧波得到有效控制，減少了對電網和負載的污染是不需要濾波器的環保型高壓變頻器。同時它還有完備的保護裝置與措施來保護變頻器和負載，以杜絕和避免因各種復雜工況而造成的損失，為用戶創造更大的效益。

進線保護

進線保護是對用戶進線端以及變頻器的保護，其中包括防雷保護，接地保護，缺相保護，反相保護，不平衡度保護，過壓保護，變壓器保護等等。這些保護裝置一般都安裝在變頻器的輸入端，在運行變頻器之前得首先保證進線保護沒有問題，方可運行。

防雷保護

是通過安裝在旁路柜或變頻器輸入端的避雷器進型防雷保護，避雷器是一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統操作過電壓能量，保護電工設備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續流，不致引起系統接地短路的電器裝置。避雷器接于變頻器進線與地之間，與被保護變頻器并聯。當過電壓值達到規定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限制過電壓幅值，保護設備絕緣;電壓值正常后，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統正常運行，防止因雷擊而受到損害。

接地保護

是通過在變頻器進線端安裝零序互感器裝置，零序電流保護的原理是基于基爾霍夫電流定律，流入電路中任一節點的復電流的代數和等于零。在線路與電氣設備正常的情況下，各相電流的矢量和等于零，因此，零序電流互感器的二次側繞組無信號輸出，執行元件不動作。當發生某一相接地故障時的各相電流的矢量和不為零，故障電流使零序電流互感器的環形鐵芯中產生磁通，零序電流互感器的二次側感應電壓，反饋到主監控箱，進而發出保護命令，達到接地故障保護的目的。

過壓保護

缺相、反相、不平衡度保護、過壓保護。缺相、反相、不平衡度保護，過壓保護主要是由變頻器進線電壓反饋版或電壓互感器進行進線電壓采集，再通過CPU板進行運算來判斷是否是缺相，反相，進線電壓是否平衡，是否過壓，因為如果輸入缺相，或反相，以及電壓不平衡或者過壓很容易造成變壓器燒毀，或是功率單元損壞，或者電機反轉。

變壓器保護

Ipower系列高壓變頻器只要由三部分組成：變壓器柜，功率單元柜，控制柜組成，變壓器是采用切分式干式變壓器將高壓交流電變換成一系列不同角度的低電壓為功率單元供電，變壓器只能通過風冷進行冷卻，因此對變壓器的保護主要是通過變壓器的溫度進行保護，防止變壓器溫度過高，而造成變壓器線圈燒毀。在變壓器三相得線圈里放置溫度探頭，將溫度探頭的令一端連接到溫控裝置，該溫控裝置可以設施變壓器底部風機自動啟動溫度，告警溫度，和跳閘溫度，同時將各相線圈溫度顯示數來，如果溫度達到告警或跳閘值，溫控器會將信號送至PLC，將報警信息顯示在用戶界面，PLC會進行告警或跳閘保護。

出線側保護

Ipower系列高壓變頻器的出線保護是對變頻器輸出側部分及負載的保護，包括輸出過壓保護，輸出過流保護，輸出短路保護，電機超溫保護等等。

輸出過壓

輸出過壓保護是通過輸出側電壓采樣板對輸出電壓進行采集，如果輸出電壓過高，系統會自動報警。

輸出過流

輸出過流保護是通過檢測輸出的霍爾采集的輸出電流，而進行比較判斷是否造成過流。

輸出短路

針對電動機定子繞組及其引出線相間發生短路故障時所采取的保護措施。變頻器如果判斷輸出短路則立即對功率單元發出封鎖，停止運行。