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摘要：在工业生产中，电机是主要的耗电设备，高压大功率电动机尤其明显，这些设备当中普遍存在着很大的节能潜能，这亦决定了新时期大力发展高压大功率变频技术应用的迫切性和必要性。近些年的实践中表明，应用高压大功率变频系统具有可靠性强、经济效益好的特点，变频调速以其启动和制动性能、优异的调速、高功率因数、高效率、广泛的使用及良好的节能效果等优势而被公认为最具发展前途的调速方式，是调速技术未来发展的方向。那么在这一技术当中，高压变频器是如何在大功率电动机的应用中发挥调速节能作用的，这即是本文所要阐述的重点内容。
关键词：高压变频器；大功率电机；节能改造；应用
1 节能措施的国内外现状
国外普遍采取的是能量回馈技术，主要是应用高压变频器对大功率电机设备进行调速控制，利用能量转移回原始设备的功率消耗的反馈分量部分，从而达成降低能源损耗的整体效果。德国西门子公司研制的高压电机的四象限运行电压型交流变频技术已经非常成熟，非常普遍。日本富士公司推出的FRENIC、RHR系列再生能量装置，也是十分有效、十分成熟的大功率电机改造的成品。但是国外的高压变频装置总的说来价格偏高、对电网的专业要求也很高，不太适合中国工农业共同发展的现阶段基本国情。我国的技术已经能够支撑高压变频装置的研发，技术上也较为成熟。高压变频器作为一种高效节约性产品，也已经被普遍地使用在中国的各行各业。将变频技术引入到中国工农业的大功率电机设备的节能改造中，能在很大程度上节约电能，提高生产效率，减少单位产品的能量使用成本。高压变频器的应用，为各行业的发展做出了巨大的贡献，也为整个社会带来良好的经济效益。
2 高压变频器的工作原理和优势
2.1 高压变频原理
高压变频器应用单位复用复合技术。其内在结构是多个YWM功率单位串联，并把高压变频器组件串联，构成电压型变频器系统。它由几个YWM功率单位通过串联组成，将高压变频器组件直接串联构成多级电压型高压变频器。高压变频器采用多台单相逆变器串联连接，在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波有均匀的相位位移，致使高次谐波互相抵消，减少输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近正弦波，得到高压交流电，从而实现高压输出。它对输入和输出变压器的影响很小，因此设备内在的电能消耗也随之降低，并且随着材料器件的集成化趋势进一步发展，电机所使用的变频器的空间位置也将越来越窄。這种高压变频器具有高效率低能耗小体积的特点。
2.2 节能原理
随着企业的进一步发展，大功率电机也越来越普及，传统低功率电机在工作时的恒定动力消耗了较大的电能，造成了极大的成本浪费。高压变频调速技术使大功率电机根据负载的增减情况不断地调节原动力，使得输入和输出电能平衡，有效地降低了电能损耗。功率、转矩、转速存在着关系：P=MV，降低大功率电机的原理就是这个式子的具体应用。当电机的负载发生变化时，应用高压变频调速技术，在电机的负载发生变化时就及时通过高压变频器的电机频率调节机制，使得电机转速发生改变来保持输入、输出电能的同步并最终平衡，达到大功率电机节能的目的。
2.3 变频调速的优势
三相异步电机的运行区域包括最佳运行区、普通运行区以及不经济运行区。最佳运行区的电机负载率最高，一般来说会高于70%，而不经济运行区得负载率是最少的，大约是在40%以下。因此根据相关能耗规范，应当对平均负载率超过70%的大功率电机进行改造。高压变频器的调频原理是通过改变输入电压的频率，来适应电机设备负载的变化，并实现电能输入与输出均衡，来确保在最佳状态的电力工作。调频电机设备，以确保其有效运作无论是在哪种电压下，这样不仅提高了电机的自我调节的能力，避免电机遭受冲击，也达到了降低单位能耗，提高能源利用效率的目标。
3 大功率电动机中高压变频器调速节能的应用
高压大功率变频调速的装置一般而言就是一种电压源型的，这种电压源型的装置大多使用串联的形态，而且一般是多重叠加状态的，这也就是带来了价位稳定的电压，而且采用多台单相逆变器串联连接，得到可调频调压的高压交流电，用以驱动交流电机。每台单相逆变器为典型的单相三电平桥式逆变器，它由输入变压器的一个副边绕组供电，经整流、滤波后的直流电压供给单相桥式逆变线路，采用专门的PWM控制技术将直流电逆变为0-50Hz、0-557V的可调频调压的单相交流电。6kV变频器每组由6台单相逆变器串联可得No～3462V高压交流电。三个相组成三相输出，线电压为6kV。
在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波有均匀的相位位移，因而叠加时有用的基波直接叠加，而高次谐波互相抵消，大大减少了输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近理想的正弦波。高压变频器的调速装置是多重串联叠加拓扑结构的一种高压变频器，被用于大功率交流电动机的驱动。高压变频器中，每一台单向的逆变器均为典型的三电平桥式单相逆变器，由变压器进行绕组供电的输入，将变流通过整流和滤波程序转化为直流电压，再向桥式单相逆变线路实施攻供给。高压变频器，利用自身专门的控制技术将直流电逆变成可调压、跳频的单向交流电。在多重叠加的情况时，每一台逆变器中的三角波均会产生均匀的相位移，有用的基位叠加在一起，而高次的谐波则得到了相互的抵消，这使得输出电压谐波的含量大大地减小，且输出的波形同理想的正弦波十分接近。高压变频器的功率单位采用的是模块化的结构，其内部全部的功率单元均可以彼此互换，维修也十分的方便。由于功率单元采用的是串联式的结构，故可在功率单元的旁路设置选件，当功率单元发生故障时，就可将故障转至故障单元的自动旁路，变频器仍可正常运行，进而保证了系统可靠的运行。
变频器在工控系统中较为重要，是其中非常重要的组成设备，在安装时，一般是安装在点击前端用来实现变频器的调速和节能的，这些节能和调速的实现，对于机械组的使用是有着较为重要的价值的。高压变频器后端主要拖动风机、水泵类负载，实际节电效果达30%～60%，未来该行业市场发展将受益于大中型项目改造；低压变频器与控制层和执行层设备共同组成自动化控制系统，其未来发展将受益于制造业“装备升级”。变频技术最先用来对电机进行无级调速，通过控制半导体器件的通断改变输出频率，以实现对后端拖动交流电机的软启动、变频调速及提高运转精度，并实现过流、过压、过载保护。从电压分类上，一般把针对3kV～10kV高压环境下运行的电动机而开发的变频器称为高压变频器，而将输入电压不高于690V的称为低压变频器。目前我国高压变频器在电力、冶金、水泥领域应用较多，合计占比超过50%；低压变频器应用领域更加广泛，涉及工业生产、石油煤炭、市政交通等多个行业。高压变频下游细分市场组成。
4 结语
高压变频器可以应用于电厂各个环节和设备的节能，文章只是根据电厂实际情况在综合比较分析的基础上，选择了两个方面作为突破点，这也充分说明了在具体实践中要从设备状况、节能效果、技术可行性、经济性等方面进行综合认证，最终确定最佳的高压变频器节能技术方案。
参考文献
[1]邹方栋.高压变频器在国电蚌埠电厂中的应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2010（3）.
[2]石志辉.300MW机组凝结水泵变频改造技术方案及节能分析[J].电气传动，2011（8）.
[3]周京华，周皓，袁奎星，李正熙.三电平大功率通用变频器的研制[J].电力电子技术.2011（04）
（作者单位：河钢集团承钢公司能源事业部）
关键词：高压变频器；大功率电机；节能改造；应用
1 节能措施的国内外现状
国外普遍采取的是能量回馈技术，主要是应用高压变频器对大功率电机设备进行调速控制，利用能量转移回原始设备的功率消耗的反馈分量部分，从而达成降低能源损耗的整体效果。德国西门子公司研制的高压电机的四象限运行电压型交流变频技术已经非常成熟，非常普遍。日本富士公司推出的FRENIC、RHR系列再生能量装置，也是十分有效、十分成熟的大功率电机改造的成品。但是国外的高压变频装置总的说来价格偏高、对电网的专业要求也很高，不太适合中国工农业共同发展的现阶段基本国情。我国的技术已经能够支撑高压变频装置的研发，技术上也较为成熟。高压变频器作为一种高效节约性产品，也已经被普遍地使用在中国的各行各业。将变频技术引入到中国工农业的大功率电机设备的节能改造中，能在很大程度上节约电能，提高生产效率，减少单位产品的能量使用成本。高压变频器的应用，为各行业的发展做出了巨大的贡献，也为整个社会带来良好的经济效益。
2 高压变频器的工作原理和优势
2.1 高压变频原理
高压变频器应用单位复用复合技术。其内在结构是多个YWM功率单位串联，并把高压变频器组件串联，构成电压型变频器系统。它由几个YWM功率单位通过串联组成，将高压变频器组件直接串联构成多级电压型高压变频器。高压变频器采用多台单相逆变器串联连接，在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波有均匀的相位位移，致使高次谐波互相抵消，减少输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近正弦波，得到高压交流电，从而实现高压输出。它对输入和输出变压器的影响很小，因此设备内在的电能消耗也随之降低，并且随着材料器件的集成化趋势进一步发展，电机所使用的变频器的空间位置也将越来越窄。這种高压变频器具有高效率低能耗小体积的特点。
2.2 节能原理
随着企业的进一步发展，大功率电机也越来越普及，传统低功率电机在工作时的恒定动力消耗了较大的电能，造成了极大的成本浪费。高压变频调速技术使大功率电机根据负载的增减情况不断地调节原动力，使得输入和输出电能平衡，有效地降低了电能损耗。功率、转矩、转速存在着关系：P=MV，降低大功率电机的原理就是这个式子的具体应用。当电机的负载发生变化时，应用高压变频调速技术，在电机的负载发生变化时就及时通过高压变频器的电机频率调节机制，使得电机转速发生改变来保持输入、输出电能的同步并最终平衡，达到大功率电机节能的目的。
2.3 变频调速的优势
三相异步电机的运行区域包括最佳运行区、普通运行区以及不经济运行区。最佳运行区的电机负载率最高，一般来说会高于70%，而不经济运行区得负载率是最少的，大约是在40%以下。因此根据相关能耗规范，应当对平均负载率超过70%的大功率电机进行改造。高压变频器的调频原理是通过改变输入电压的频率，来适应电机设备负载的变化，并实现电能输入与输出均衡，来确保在最佳状态的电力工作。调频电机设备，以确保其有效运作无论是在哪种电压下，这样不仅提高了电机的自我调节的能力，避免电机遭受冲击，也达到了降低单位能耗，提高能源利用效率的目标。
3 大功率电动机中高压变频器调速节能的应用
高压大功率变频调速的装置一般而言就是一种电压源型的，这种电压源型的装置大多使用串联的形态，而且一般是多重叠加状态的，这也就是带来了价位稳定的电压，而且采用多台单相逆变器串联连接，得到可调频调压的高压交流电，用以驱动交流电机。每台单相逆变器为典型的单相三电平桥式逆变器，它由输入变压器的一个副边绕组供电，经整流、滤波后的直流电压供给单相桥式逆变线路，采用专门的PWM控制技术将直流电逆变为0-50Hz、0-557V的可调频调压的单相交流电。6kV变频器每组由6台单相逆变器串联可得No～3462V高压交流电。三个相组成三相输出，线电压为6kV。
在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波有均匀的相位位移，因而叠加时有用的基波直接叠加，而高次谐波互相抵消，大大减少了输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近理想的正弦波。高压变频器的调速装置是多重串联叠加拓扑结构的一种高压变频器，被用于大功率交流电动机的驱动。高压变频器中，每一台单向的逆变器均为典型的三电平桥式单相逆变器，由变压器进行绕组供电的输入，将变流通过整流和滤波程序转化为直流电压，再向桥式单相逆变线路实施攻供给。高压变频器，利用自身专门的控制技术将直流电逆变成可调压、跳频的单向交流电。在多重叠加的情况时，每一台逆变器中的三角波均会产生均匀的相位移，有用的基位叠加在一起，而高次的谐波则得到了相互的抵消，这使得输出电压谐波的含量大大地减小，且输出的波形同理想的正弦波十分接近。高压变频器的功率单位采用的是模块化的结构，其内部全部的功率单元均可以彼此互换，维修也十分的方便。由于功率单元采用的是串联式的结构，故可在功率单元的旁路设置选件，当功率单元发生故障时，就可将故障转至故障单元的自动旁路，变频器仍可正常运行，进而保证了系统可靠的运行。
变频器在工控系统中较为重要，是其中非常重要的组成设备，在安装时，一般是安装在点击前端用来实现变频器的调速和节能的，这些节能和调速的实现，对于机械组的使用是有着较为重要的价值的。高压变频器后端主要拖动风机、水泵类负载，实际节电效果达30%～60%，未来该行业市场发展将受益于大中型项目改造；低压变频器与控制层和执行层设备共同组成自动化控制系统，其未来发展将受益于制造业“装备升级”。变频技术最先用来对电机进行无级调速，通过控制半导体器件的通断改变输出频率，以实现对后端拖动交流电机的软启动、变频调速及提高运转精度，并实现过流、过压、过载保护。从电压分类上，一般把针对3kV～10kV高压环境下运行的电动机而开发的变频器称为高压变频器，而将输入电压不高于690V的称为低压变频器。目前我国高压变频器在电力、冶金、水泥领域应用较多，合计占比超过50%；低压变频器应用领域更加广泛，涉及工业生产、石油煤炭、市政交通等多个行业。高压变频下游细分市场组成。
4 结语
高压变频器可以应用于电厂各个环节和设备的节能，文章只是根据电厂实际情况在综合比较分析的基础上，选择了两个方面作为突破点，这也充分说明了在具体实践中要从设备状况、节能效果、技术可行性、经济性等方面进行综合认证，最终确定最佳的高压变频器节能技术方案。
参考文献
[1]邹方栋.高压变频器在国电蚌埠电厂中的应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2010（3）.
[2]石志辉.300MW机组凝结水泵变频改造技术方案及节能分析[J].电气传动，2011（8）.
[3]周京华，周皓，袁奎星，李正熙.三电平大功率通用变频器的研制[J].电力电子技术.2011（04）
（作者单位：河钢集团承钢公司能源事业部）