0 引言
近年来，高压变频调速技术已越来越多的应用在各行各业，以达到节约电能、改善电机系统寿命、提高产品质量的目的高压变频器在全世界的应用比低压变频器晚。其主要原冈是受逆变器开关器件制造水平的制约近十年来。随着新器件的问世。器件耐压水平不断提高。高压变频器得到了迅速发展和广泛应用。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。高压大功率变频调速装置被广泛地应用于大型矿泉水应用生产厂、石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等行业的各种风机、水泵、压缩机、轧钢机等。
1 应用高压变频器的优势
某企业生产装置中有一台1400kW、l0kV的S0，风机，其是丁艺流程中的关键设备。由于生产过程中系统炯气量波动较频繁。且波动范围较大。如果川传统的前导可调机构来调节风机的流量和压力，渊节范围受到限制。一般在40％～100％。且调节线性太差。跟不上工况变化速度，故能耗很高：而用变频调节响应极快。
根据异步电动机转速公式：n=60f（1一s）/p，可以看出。转差率s变化不大，可视为恒定，一旦电机制造完成电机极对数p也是常数。所以电机转速n与电源频率f是成正比的。只要改变频率f，即可改变电机转速。当频率厂在0～50Hz之间变化时，电机转速调节范围是非常宽的根据流体力学流量与风机转速的关系可知。电机功率P与转速n的立方成正比。随着转速的降低。电机功率以转速的3次方关系递减因此随着电机转速的降低。电机消耗的电能下降幅度很大。可见，使用高压变频器对SO2风机调速的节电效果将非常显着。风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。风机是我国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称，通常所说的风机包括通风机，鼓风机，压缩机以及罗茨鼓风机，离心式风机，回转式风机，水环式风机，但是不包括活塞压缩机等容积式鼓风机和压缩机。气体压缩和气体输送机械是把旋转的机械转换为气体压力能和动能，并将气体输送出去的机械。
2 变频调速技术方案
变频调速一般有以下3种方案可以实施应用：①高一高方式，即采用10kv（6kv）电压等级的变频器，直接由电网l0kV（6kV）供电，电机选用高压电机；②高一低一高方式，就是先将高压电源变成低压电源。采用低压变频器变频后再升压。电机选用高压电机；③高一低方式，就是用一台单独的变压器，将l0kV（6kv）高压降至380V，采用低压变频器，用低压电动机。谓低压就是指交流电压1000V以下，而这里我们说的电动机一般电压都是交流380V，或者是440V或者是低压电机（1张）660V等几个等级的异步电动机是相对于同步电动机说的，同步电机的转速的计算公式n＝60f/p f为电源频率，P为电机的极对数但是这个是理论的转速，一般电机都会受到各种不可消除的外力，使的电动机实际的转速低于上述公式计算的电机转速，被称为电动机。
对比3个方案。使用高一高变频器。在变频器故障时可以直接启动，会增加增容费用同时变压器还有一定的电能损耗从经济的角度出发。对于800～1000kW以上的风机、水泵等电机。建议采用6kv或10kV直接高一高方式的高压变频器：对于40O～800kW的电机。建议采用6kV／660v进线变压器、660V高压变频器及660V电动机：对于400kW以下的电动机。宜采用高一低方案。即采用6kV／380V降压变压器。380V级变频器及380V电动机。在某企业工程中，S0风机为l400kW.电网电压为10kV，综合比较，选择了直接高一高变频调速方案为了充分保证系统的可靠性。变频器同时加装工频旁路装置。变频器异常，不能正常运行时。电机可以自动切换到工频运行状态下运行。以保证生产的需要。其一次系统接线图见图1。
QF为用户侧高压开关柜内断路器，K1、K2、K3为同一柜内真空接触器；QS1、QS2为同一柜内隔离开关，与变频器配套提供。K2、K1电气互锁，以防止高压工频电反送人高压变频器。
在变频运行时，手动合隔离开关OS1、OS2，此时高压变频器输出开关接点允许用断路器QF合闸。QF合闸后，在DCS（或PLC）上可启动高压变频器，高压变频装置自动合K1、K2真空接触器。真空接触器通常由绝缘隔电框架、金属底座、传动拐臂、电磁系统、辅助开关和真空开关管等部件组成。当电磁线圈通过控制电压时，衔铁带动拐臂转动，使真空开关管内主触头接通，电磁线圈断电后，由于分闸弹簧作用，使主触头分断 真空开关管是以上封盖、下封盖、金属波纹管和陶瓷管等组成，该真空开关管，外壳采用95瓷绝缘材料制成波纹式的瓷管，它具有爬电距离大、机械强度高、耐热和耐冲击的特点。
当高压变频装置本体故障，高压变频器自动分开K1、K2，待电机电压衰减到额定电压的1O％左右，延时合K3高压变频装置自动切换到工频继续运行。以提高系统的可靠性变频到工频切换大约在3s以内完成。
当高压变频器检测到电机故障（如三相电流不平衡、三相电压不平衡、过流、过载），高压变频器自动封锁脉冲停止输出，并跳开真空接触器K1、K2、K3，同时输出跳闸接点用于跳开断路器QF。
3 高压变频器技术特点
目前高压变频器的主电路拓扑方面主要有3电平电压型高压变频器和单元串联多电平电压型高压变频器。罗宾康HARMONY系列、国产高压变频器多采用单元串联多电平电压型高压变频器，现以其为例。阐述高压变频器技术特点变频器主要由移相变压器、功率模块和控制器组成。
（1）系统结构：高压变频调速系统的结构见图2，由移相变压器、功率单元和控制器组成。如：10 kV系列有24个功率单元。每8个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致，可以互换。其电路结构见图3，其为基本的交一直一交单相逆变电路。整流侧为二极管三相全桥。通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制。IGBT绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
（2）输入侧结构：输入侧由移相变压器给每个功率模块供电，移相变压器的副边绕组分为3组，根据电压等级和模块串联级数，一般由24脉冲系列、3O脉冲系列、42脉冲系列、48脉冲系列等构成多级相叠加的整流方式，可以大大改善网侧的电流波形（网侧电压电流谐波指标满足IEEE 519一l992和GBT/14549—93的要求）。使其负载下的网侧功率因数接近1，无需任何功率因数补偿、谐波抑制装置。
（3）输出侧结构：输出侧由每个功率模块的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电。通过对每个单元的PWM波形进行重组。可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好dv／dt小。对电缆和电机的绝缘无损坏。无须输出滤波器就可以延长输出电缆长度。可直接用于普通电机。同时。电机的谐波损耗大大减少。消除负载机械轴承和叶片的振动。
（4）控制器：控制器由高速单片机、嵌入式人机界面和PLC共同构成 单片机实现PWM控制、嵌人式人机界面提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面。同时可以实现远程监控和网络化控制 内置PLC则用于柜体内开关信号的逻辑处理。可以和用户现场灵活接口。组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快。微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序；要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。
变频器可运行于闭环模式或开环模式。在开环模式下。运行频率南界面设定或通过DCS（或PLC）设定（数字方式或模拟方式） 在闭环模式下。可以设定并调节被控量（比如压力）的期望值。变频器根据被控量的实际值自动调节变频器的输出频率。控制电机的转速。DCS是分布式控制系统，在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
4 应用效果
主要应用效果如下：①使用变频器后风机可以实现变频软起动。避免了起动电流的冲击。不仅对电网没有任何冲击，而且还可以随时起动或停止；②使用变频器后，风机的送风量不再需要由风门来调节。而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现。调节范围可以从0％～l00％。可以根据生产需要随意调节风量，减少了不必要的浪费：③变频节能运行，节约了大量能源 使用变频器后。不再使风机一直处于满负荷工作状态。节能率非常高：④ 由于高压变频器能平滑调节电机负载的转速。使之与原来相比在较低转速下运行。从而大大减少了负载以及电机的机械磨损，同时降低了轴承、轴瓦的温度，有效减少了检修费用，延长了设备的使用寿命：⑤ 高压变频器为高一高电压源型单元串联多电平结构。功率因数可高达0.95.不仅无需功率补偿。还可提高电网的功率因数。减少了无功损失。减少了线损：⑥系统完善的监控性能和高可靠性提高了工作效率。可实现参数的实时恒定运行。
5 结语
高压变频器的使用不仅能取得显着直接的经济效益，还具有较好的间接经济效益。从节能角度看。在SO2风机中采用高压变频器调速。年节电率能达到30％以上。目前在各行各业。如火力发电、城市供水、石油、化工、冶金、水泥等行业也越来越多的得以应用，应用前景十分广阔。PLC控制技术、Profibus总线技术和高压变频技术的完美结合。使得集成自动化程度高。运行稳定，操作简单，节能效果更加明显。