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節能降耗先鋒 ——中高壓變頻（>690V)精品盤點

能源是工業發展的摯友，也是工業發展的死敵。近年來，我國年工業生產總值不斷提高，但是能耗比卻居高不下，高能耗比已成為制約我國經濟發展的瓶頸，為此國家投入大量資金支持節能降耗項目，其中中高壓變頻調速技術已越來越廣泛的應用在各行各業，它不僅可以改善工藝，延長設備使用壽命，提高工作效率等，最重要的是它可以“節能降耗”，這一點已被廣大用戶所認可，且深受關注。

本期《控制與傳動》搜羅了中國中高壓變頻市場的六款“節能降”耗精品，并邀請了深圳市科陸變頻器有限公司技術總監徐甫榮先生對其做專業點評。

　利德華福 HARSVERT-A

HARSVERT-A系列高壓變頻調速系統采用單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，直接3、6、10KV高壓輸出。主要由移相變壓器、功率模塊和控制器組成。輸入側由移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，一般由24、30、42、48脈沖系列等構成多級相疊加的整流方式，可以大大改善網側的電流波形。輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯正弦PWM波形。

從1998年開始，利德華福人通過一年開發，一年開局試驗，一年市場考驗，其研發制作的HARSVERT-A系列高壓變頻調速系統，完全具有自主知識產權，適合國內電網特性，符合國內用戶使用習慣。該系列高壓變頻調速系統自2000年投入國內市場后，在市政供水、電力、冶金、石油、石化、水泥、煤炭等行業陸續投入運行。由于安裝便捷、操作簡單、運行穩定、安全可靠、維護方便，并在節能、節電、省人、省力、自動控制、遠程監控等方面效果顯著，以及優異的產品性價比和周到的服務，受到用戶的廣泛歡迎。

HARSVERT-A系列高壓變頻器同樣的在中國開啟了工業節能變頻器的先河，是中國高壓變頻器行業的領頭羊，已在國內外使用超過5000臺。對高壓變頻器民族工業的發展起到了不可替代的作用

　深圳科陸 CL2700系列

CL2700系列高壓變頻調速系統采用的是功率單元串聯的高-高方案，采用了多繞組高壓移相變壓器，二次側繞組中流過的電流，在變壓器一次側疊加時，形成非常逼近正弦波的電流波形。 CL2700系列高壓變頻調速系統率先實現了簡易矢量控制技術，可以實現恒轉矩快速動態響應，并且具有加、減速自適應功能，即可根據運行工控參數的實際情況，自動調整加、減速時間，在不超過最大允許電流的情況下，快速達到設定頻率或轉速。同時，系統可以自動識別電機轉速，用戶可以不考慮電機目前的運行狀態，電機不需要停止運行時，可直接實現電機的啟動、加速、減速或停止操作；

目前CL2700系列已在電力工業、采礦行業、冶金行業、石化行業、城市建設各個領域中取得了顯著的節能效果。關鍵核心技術—中性點漂移穩定功能：當某一個單元因故障而短路時，就會引起三相電壓不平衡，一般的處理辦法是將其它兩相的對應單元也同時短路，系統就要降額運行。科陸變頻器只短路故障單元，再通過中性點漂移穩定核心技術使得三相輸出電壓平衡，使得一相有1-2個單元短路時都可以滿載運行，甚至當某一相的所有單元都短路時還可以帶57%的負載運行。

科陸CL2700系列高壓變頻器是中國高壓變頻器行業的后起之秀，經過短短幾年的努力，已經躋身于高壓變頻器主流供應商的行列。目前正致力于開發功能更加完善的高壓變頻器系列產品，以適應各行各業各種負載的要求。

　西門子完美無諧波PH系列

完美無諧波系列高壓變頻器具有專利技術及一體化設計的中壓變頻器技術，能提供無與倫比的高可靠性及效率。無外部功率因數補償時,運行功率因數大于0.95,系統效率高達96.5-97%。對電機的絕緣無特殊要求,輸出轉矩脈動最低。輸出電纜無長度限制。具有多種通訊協議可供選擇,能夠快速集成到各種自動化系統中。

羅賓康完美無諧波變頻器于1994年問世以來，對電力轉換進行了一次重大變革，在可靠性和創新方面不斷樹立工業標準。由于功率開關器件技術促進和提高了輸出電壓能力，西門子對各代羅賓康完美無諧波的改進主要表現在以下三個方面：提高可靠性和可用性、提高效率和減小變頻器尺寸。如今的羅賓康完美無諧波代表了一次演變，在發電石油和天然氣、水、造船和造紙的各種應用中，充當了多面手的角色，幫助客戶顯著提高生產率、增強能源利用率和降低運行成本。是高可靠性、高精度、長使用壽命的變頻應用之首選。

西門子羅賓康完美無諧波變頻器在世界范圍內開啟了工業節能變頻器的先河，是一種最廣泛應用于風機水泵壓縮機節能領域的變頻器，其完美無諧波的優異性能，使對電網和電動機的影響程度降至最低

　ABB ACS2000

作為ABB中壓交流變頻器系列中的最新成員，集成了有源前端(AFE)技術，在不使用昂貴、專用的變壓器的情況下，可將電網側諧波降至最低；允許四象限運行，將制動能量回饋至電網；提供無功功率補償，維持平滑的電網電壓。繼承了ABB的VSI拓撲結構并采用了獲得專利的、基于IGBT的多電平設計，ACS2000提供了近似正弦波的電流與電壓波形，使得該變頻器兼容標準電機與電纜。

ACS2000變頻器是全球第一個可以不帶整流變壓器的電壓源型中壓變壓器，其簡單、高效、低成本的特性代表了變頻器技術和市場的最新趨勢。其融合了創新技術以應對業界挑戰，如對靈活供電電源連接、更低諧波、降低能耗、靜態其推出也彌補了ABB在小功率上的缺陷，使ABB可以提供全系列的中壓傳動產品。更為重要的是，雖然北美、歐洲的需求主要以3kV和4kV產品為主，但6kV是中國最重要的應用市場。3-10kV的中小功率變頻器占中國變頻器市場一半的份額，而6kV則占據中小功率變頻器市場容量的60%，市場需求巨大。

ACS2000變頻器是為中國的供電電壓量身定做的中壓變頻器產品，以其高性能和高可靠性指標，贏得了廣大中國用戶得信任，市場占有率不斷增加。不僅應用于風機水泵壓縮機節能領域，也可應用于傳送帶、磨機和礦井提升機等領域。

　合康億盛 HIVERT-Y/T 通用高壓

HIVERT通用高壓變頻器輸入側通過隔離變壓器副邊繞組移相，采用多脈沖二極管整流輸入，為功率單元提供隔離電源，可消除單個功率單元引起的大部分諧波電流；采用單元串聯脈寬調制疊波技術（或功率單元多重化技術），大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形為幾近完美的正弦波；無需增加輸出濾波裝置；可以直接驅動普通高壓同、異步電動機，而不會增加電機溫升；電機不需因諧波而降額使用；可使主回路電機、電纜絕緣免受dv/dt應力的損傷；沒有諧波引起的脈動轉矩，可延長電機和機械設備使用壽命；電機電纜在壓降允許范圍內無任何長度限制。

IVERT通用高壓變頻器是合康億盛自主研發和生產的高壓（同、異步）交流電機調速裝置。變頻器采用功率單元串聯疊波技術，技術成熟、器件可靠；自主開發的空間矢量控制正弦波PWM調制技術，精度高，響應快，性能優越；功率單元模塊化設計，維護方便；輸入電壓范圍寬廣，更適合中國電網；輸出電壓具備AVR（自動調整）及0Hz輸出功能，防止高電壓損壞電機；絕緣啟動力矩大，適合啟動力矩高負載；轉速（飛車）啟動和瞬時停電功能，適用于可靠性和連續性要求更高的工況；對電網無諧波污染，功率因數高。

HIVERT通用高壓變頻器也是中國高壓變頻器行業中的老品牌了，在目前的國內市場占有率中排在前列。致力于開發多功能的變頻器，不斷擴展應用領域。并向低壓變頻器領域擴展。

　智光電氣 ZINVERT型2500kVA級超大容量高壓變頻調速系統

ZINVERT型智能高壓變頻調速系統內核控制由電機控制專用雙DSP完成，裝置在現場運行時其運行頻率設定方式有多種方式；閉環控制與開環控制可選；電網瞬時停電并在短時間內恢復后，ZINVERT能在0.2～1.0秒內自動搜索電機轉速，實現無沖擊再啟動至設定轉速，無需等到電機完全停止后再啟動，保證負載的連續穩定運行；具有兩種旁路功能設置；獨創了通過控制系統操作面板來查詢各單元直流母線電壓的功能，通過該功能，用戶可以實時掌握功率單元直流母線電壓值，對每個功率單元的工作狀況進行了解和評估。

ZINVERT系列智能高壓變頻調速系統采用功率單元串聯技術，直接輸出3kV、6kV、10kV電壓，屬高-高電壓源型變頻器。成熟的“PL-STT”工頻-變頻狀態無沖擊快速切換技術可保證設備運行可靠性與利用率，可以保證客戶生產系統即便在超大容量變頻設備發生故障的情況下，通過公司無擾切換專利技術把電機系統恢復成工頻運行從而保證客戶生產線的持續運行，此技術以系統安全性和運行持續性為目標，切換過程極其迅速，不同于普通的工頻/變頻旁路切換技術；

ZINVERT系列智能高壓變頻器，以其擴充市場占有率的速度著稱。成熟的“PL-STT”工頻-變頻狀態無沖擊快速切換技術處于行業領先地位，在水泥行業高溫風機的應用中也有其獨到之處。

精品拓展：

科陸技術總監徐甫榮談高壓變頻調速技術的發展趨勢:

20世紀末，交流電動機變頻調速技術以電力電子功率變換技術、微電子控制技術為核心得到了驚人的發展，展望21世紀，變頻調速技術將會有更大發展。

下面分別加以下介紹：

（1）在開關器件方面：IGBT變頻器已成為20世紀90年代變頻調速技術的主流，在21世紀初相當長的一段時間內仍將是電氣傳動領域的主導變頻器。在21世紀，IPM及智能化變頻器將會有很大的發展。功率變換、驅動、檢測、控制、保護等功能的集成化促成了功率器件及變頻器的智能化，實現高效節能、多功能、高性能、高附加值，同時將研究開發新電力電子器件IGCT、IEGT（集成發射式門極晶閘管Integrated Emit Gate Thyristor）、GaAs（砷化鎵）、SiC（碳化硅復合器件）、光控IGBT及超導功率器件等新功能變頻器。

（2）在變頻電路拓撲結構方面：基于雙PWM能量回饋的綠色變頻電路是變頻調速技術的發展趨勢，即整流部分也采用電力電子自關斷器件構成，并對其進行PWM控制。一方面使交流輸入電流波形為正弦，且功率因數為1；另一方面實現能量向電網回饋，保證變頻器四象限運行。除此之外，PWM整流電路還有助于減小直流環節濾波電容的容量，隨著電力半導體器件性能的不斷提高和價格的不斷下降，這種結構會得到廣泛地推廣和應用。

（3）在變頻控制電路方面：現在變頻裝置幾乎已實現了數字化控制，但控制技術的微電子數字化仍是今后的發展趨勢。變頻裝置的數字化技術是從20世紀80年代中期開始逐步發展到16位、32位微處理器，目前普遍采用DSP。

（4）矢量控制技術及直接轉矩控制技術：矢量控制依然是高性能交流電機調速系統的主流控制策略。它所包涵的關鍵技術有：控制理論和方法，如PWM技術，磁通的觀測，速度辯識，無速度傳感器控制；電機鐵損補償，參數辯識，參數變化的補償；主電路使用新型電力半導體器件，提高開關頻率，改善電壓或電流波形，同時使用微電子技術所提供的DSP、CPU、ASIC等。

直接轉矩控制技術在低速范圍還存在著很多難題，尤其是定子電阻的辯識問題，已經成為它進一步發展的障礙，困擾著各國的學者。對于矢量控制低速范圍已有了相應的解決方法，這些對于直接轉矩控制系統的低速性能，具有重大的和現實的指導意義。實踐證明，已經不可能從電機本身來完善直接轉矩控制技術，必須另辟途徑。現代控制理論的發展為交流調速電氣傳動系統的控制提供了堅實的理論基礎，各國學者也越來越多地把現代控制技術應用于交流電機的調速控制中。直接轉矩控制作為一種新興的、更為先進的技術，需要各種先進的輔助技術作為支撐，各種新技術的推廣應用給直接轉矩控制技術注入新的活力，促進它的不斷完善和發展。最近，人工神經網絡已開始應用于直接轉矩控制技術中，這是一個有益的嘗試，也是一個良好的開端。將現代控制理論應用于直接轉矩控制技術的研究，無疑是這種新技術的發展趨勢，也是當前值得深入研究的課題。直接轉矩控制變頻器的商品化進程將取得重大進展。

（5）PWM及多電平技術：消除機械和電磁噪音的最佳方法并不是盲目地提高工作頻率，隨機PWM技術可以提供一種新途徑。由于PWM逆變器的開關損耗隨著功率和頻率的增加而迅速增加，因此，在高頻化和大功率方面還有大量工作。目前提高開關頻率的一個方法是采用諧波技術及在此基礎上發展起來的軟開關技術。在大功率裝置方面，除盡量采用優化PWM模式外，多電平逆變器也越來越受人們的重視，此時開關損耗問題轉化為多管串聯的均壓問題。

（6）以網絡配置為主的系統化變頻器的網絡化配置主要基于3個層面：設備層，控制層和信息層。其中變頻器作為執行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通迅協議、Profibus等的現場總線協議以及Internet局域網協議。針對不同的控制系統和不同的用戶要求，配置和選用不同的網絡協議。網絡化驗室配置的變頻器具有以下顯著的特點：

1.高精度的頻率設定；

2.遠程控制與工廠信息化的基本要素；

3.遠程診斷系統。

通過網絡設定頻率是一種高精度的頻率設定，其具有通迅速率高，穩定可靠，接線簡單等優點，而且在模擬量控制時，輸出端經過一個數模轉換器，經過導線，進入輸入端（變頻器）又經過一個模數轉換器才能參與控制，兩個轉換器位數不同和導線損耗都可能造成一定誤差，而通迅傳遞直接是數字量不需要轉換，沒有誤差，在傳輸過程中不會造成損耗，而且響應速度也會很高。

變頻器經常被用于系統復雜、工作環境惡劣、高負荷、長時間運行的工況中，如無人值守泵站、油田磕頭機等。變頻器故障率在這種環境中自然比較高，一般都采取事后維修的方式進行，隨著電子技術的發展，傳統的維修方式將變為故障預報和整機在線維修。有必要對其實現在線工作狀態的監測以及常規故障機理的綜合分析研究，以便對其故障的事先診斷分析。目前大功率變頻器的故障診斷、遠程監控系統及智能控制方面取得了較大的進展，并已經投入實際運行。

在網絡化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通迅連接的變頻器系統可以最大程度上降低系統維護時間、提高生產效率、減少運行成本。目前安裝的現場總線模塊有Profibus DP、Interbus、DeviceNet、CAN Open和Modbus Plus等。用戶可以有更大的自由根據生產過程來選擇PLC型號和品牌，并非常簡單地集成到現有的網絡中去。而且通過現場總線模塊，可以不考慮變頻器的型號，而以同一種語言來與不同功率段、不同型號的變頻器進行組構，如功率、速度、轉矩、電流、設定值等。

由于采用了通迅方式，可以通過PC機來方便地進行組態和系統維護，包括上傳、下載、復制、監控、參數讀寫等。

（7）與同步電機的配合應用交流同步電動機已成為交流可調速傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機。電機是無刷結構，功率因數高、效率也高，轉子轉速嚴格與電源頻率保持同步。同步電機變頻調速系統有他控變頻和自控變頻兩大類，自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交-直-交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機”。傳統的自控變頻同步機調速系統有轉子位置傳感器，現正開發無轉子位置傳感器的系統，且已經取得重大進步和在市場的成功應用。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉子磁場定向的矢量控制比異步電機更為簡單。

組編/劉滿伯專題制作/王薇薇