隨著電力、電子技術、計算機技術的不斷發(fā)展，交流電機變頻技術得到了日益完善并迅猛的發(fā)展，中小容量的低壓變頻（690V以下）已被廣泛的應用。除節(jié)能降耗外，在機械、造紙、冶金、石化、礦山、建材、電力等領域其已成為必不可少的關鍵設備。然而，對于中大容量、高壓交流電機的變頻調速，除了價格因素之外，合理的改造方案或者設計方案，以及綜合投資和性價比，也成為了制約其被廣泛推廣應用的因素。

1、高壓電機變頻調速方案現(xiàn)狀

高壓大容量的變頻調速器是一種難度大、技術含量高的高新技術，其開發(fā)與生產的難度有：因為高壓變頻器的供電電壓高，但是世界上電力電子元器件的耐壓水平較低；高壓大功率變頻器的技術難度大，制造技術也要求高。然而它主要被應用于風機、水泵等的節(jié)能運行，需要低投入，由節(jié)電費用來償還投資。

2、高壓變頻方案的分類及特點

2.1高―低―高方案

此方案以通用的低壓變頻器為核心，即：在低壓變頻器的輸入側加入一臺降壓變頻器，把6KV/3KV降至低壓變頻器適配的輸入電壓；在變頻器的輸入側加入一臺升壓變壓器，從而使得輸出電壓和電動機的額定電壓相匹配。高―低―高的變頻調速方案，在國內市場較為普遍，也是目前應用最多的一種，在市場上主要是以西門子產品為主。在此方案中，按照直流供電整流單元的形式可分為6脈動整流單元與12脈動整流單元。6脈動整流單元的系統(tǒng)結構簡單，硬件構成的用費較低；12脈動整流單元卻是由一臺次邊相差30度的三繞組變壓器與兩臺完全相同的整流單元所構成的，且在變壓器的二次側必須接入進線電抗器，因此其相對成本較高，但是，從諧波分量上看，12脈動整流的效果要比6脈動好，6脈動的諧波分量為5、7、11、13、17、19、23、25次，12脈動的諧波分量為11、13、23、25次。

此方案最適宜用于改造項目，優(yōu)點：（1）方案成熟。僅以西門子的產品為例，目前已在國內應用的套數(shù)已出具規(guī)模。（2）原有的電機電纜無須進行改動。（3）便于實現(xiàn)切換的功能。（4）相比于高―高方案的投資較低。其缺點：系統(tǒng)構成環(huán)節(jié)相對高―低或者高―高方案較多，因為濾波器以及升壓、降壓變壓器的損耗，長期的運行費用也就相對較高。

2.2高―低―低方案

高―低―低方案的核心仍然是以低壓變頻器為主，在變頻器的輸入側加裝一臺雙繞組的降壓變壓器，把高壓電機變成可用的低壓變頻驅動的電壓等級。此方案目前在國內的用戶較多。西門子產品的應用較多，系統(tǒng)主要由雙繞組降壓變頻器、變壓器組成，此系統(tǒng)方案構成較簡單，特別適用于新建項目，對于改造的項目，更換電機就會增加項目的開支。其諧波分量主要為5、7、11、13、17、19、19、23、25次。

此方案的優(yōu)點在于：（1）方案成熟。低壓IGBT或者IGCT功率器件已經很成熟，應用范圍也很廣。（2）構成簡單，維護的環(huán)節(jié)少。（3）投資少，見效快。低壓變頻器的價格低廉，市場價格相當透明。（4）升壓變壓器的損耗、長期運行的費用低。此方案的缺點：當用于改造項目時，需要更換電機，增加改造的工作量，從而也使得項目投資增加，延長施工周期。

2.3高―高方案

高―高變頻器是高壓電源經過高壓開關柜后，直接送至高壓變頻器，經高壓變頻后，直接將電壓供給給高壓電動機的定子。

此中高壓變頻調速系統(tǒng)主要有4種形式：（1）功率元件（GTO、SCR、SGCT）串聯(lián)式；（2）中點箝為位式，也就是三點平式（GTO、IGBT）；（3）多電平式，其中常用的有四電平、五電平等（IGBT）；（4）單相逆變器串聯(lián)式。這些高壓變頻器都是近年推出的，并且技術先進，效率高，占地面積也小，為高壓變頻器的主要發(fā)展方向。

高―高方案采用單元串聯(lián)的方式（IGBT），利用移相疊加的原理（移相變壓器），有效的抑制諧波干擾，使得輸出的波形近乎成正弦波形。其具備以下優(yōu)點：無需增加任何的輸出濾波或者功率補償裝置；使用效率可高達97％，功率因數(shù)較高，在無需任何補償裝置的情況下，當負載>20％時，功率因數(shù)大于95％負載>20％；無諧波所引起的脈動轉矩產生，可以避免負載共振，延長電機與機械設備的使用壽命；可以使主電機、電纜絕緣避免受到dv/dt應力的損傷；電機不受共模電壓的影響；在壓降允許范圍內電機電纜無任何長度的限制；對電網不產生污染；主器件由于采用冗余設計可靠性高，可適應極端的工況；功率單元具有自動旁路功能，能夠提升供電的可靠性；具有瞬時停電不停機的功能，當電源電壓發(fā)生瞬時降壓或者停電（5s以內），變頻器不會停機。在電源電壓恢復后，就會立即重新加速，并恢復到原狀。當電源瞬停時，在300ms以內，變頻器不會停止運轉。

3、高壓變頻器的選擇原則

在選擇高壓變頻器時，應將各廠家的高壓變頻器進行綜合的比較，不要被某些宣傳廣告與不實事求是的文章所誤導，更不能夠受習慣因素的影響。在選擇高壓大容量變頻器時，應當注意一下原則：首先，可靠性及售后服務；其次，價格；再次，主要的技術指標；最后，供貨期及廠家的信譽。

4、結語

變頻調速裝置是機電一體化的高技術產品，從變頻器裝置的發(fā)展過程與發(fā)展趨勢來看，仍是以功率器件為主要代表。變頻調速具有較高的效率、較寬范圍與較高的精度，且規(guī)格齊全，能滿足各種不同的需求，適用范圍較廣，是最具發(fā)展前途的理想的調速方法。