高压变频器的概念
按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分,对供电电压≥10KV时称高压,1kV~10KV时称中压。我们习惯上也把额定电压为6kV或3kV的电机称为“高压电机”。由于相应额定电压1~10KV的变频器有着共同的特征,因此,我们把驱动1~10KV交流电动机的变频器称之为高压变频器。高压变频器又分为两种性质类型,电流型和电压型,其特点区别:变频器其主要功能特点为逆变电路。根据直流端滤波器型式,逆变电路可分为电压型和电流型两类。前者在直流供电输入端并联有大电容,一方面可以抑制直流电压的脉动,减少直流电源的内阻,使直流电源近似为恒压源;另一方面也为来自逆变器侧的无功电流提供导通路径。因此,称之为电压型逆变电路。
在逆变器直流供电侧串联大电感,使直流电源近似为恒流源,这种电路称之为电流型逆变电路。电路中串联的电感一方面可以抑制直流电流的脉动,但输出特性软。电流型变频器是在电压型变频器之前发展起来的早期拓扑。
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上图为高压变频器机构图
高压变频器的种类
高压变频器的种类繁多,其分类方法也多种多样。按着中间环节有无直流部分,可分为交交变频器和交直交变频器;按着直流部分的性质,可分为电流型和电压型变频器;按着有无中间低压回路,可分为高高变频器和高低高变频器;按着输出电平数,可分为两电平、三电平、五电平及多电平变频器;按着电压等级和用途,可分为通用变频器和高压变频器;按着嵌位方式,可分为二极管嵌位型和电容嵌位型变频器等等。
电流型变频器
由于在变频器的直流环节采用了电感元件而得名,其优点是具有四象限运行能力,能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流,装置结构复杂,调整较为困难。另外,由于电网侧采用可控硅移相整流,故输入电流谐波较大,容量大时对电网会有一定的影响。
电压型高压变频器
由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名,随着技术的进步,高压变频器可以实现四象限运行,也能实现矢量控制,已经成为当前传动系统调速的主流产品。
高压变频器的原理
在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业广泛应用的泵类负载,占整个用电设备能耗的40%左右,电费在自来水厂甚至占制水成本的50%。这是因为:一方面,设备在设计时,通常都留有一定的余量;另一方面,由于工况的变化,需要泵机输出不同的流量。随着市场经济的发展和自动化,智能化程度的提高,采用高压变频器对泵类负载进行速度控制,不但对改进工艺、提高产品质量有好处,又是节能和设备经济运行的要求,是可持续发展的必然趋势。对泵类负载进行调速控制的好处甚多。从应用实例看,大多已取得了较好的效果(有的节能高达30%-40%),大幅度降低了自来水厂的制水成本,提高了自动化程度,且有利于泵机和管网的降压运行,减少了渗漏、爆管,可延长设备使用寿命。
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上图为高压变频器内部结构图
高压变频器的发展趋势
随着本土高压变频器得到更多的用户的认可,本土品牌凭借良好的性价比优势正在逐步扩大在国内的市场份额。
品牌:国外品牌多为综合自动化供应商,拥有多种自动化产品的品牌关联效应。这种关联效应还体现在譬如渠道等其他资源的共享上。因此这种“品牌推广”对于该品牌的产品销售有很好的推动作用。而本土品牌在自动化产品结构上相对比较单一,更多的是“产品推广”的营销策略,因此有一定劣势。但是随着本土品牌在市场的逐渐历练成熟,“产品推广”的营销策略也正在向“品牌推广”转变。
另外,国外品牌也实施积极的市场策略,ABB的ACS2000系列可能就是应对国内企业风机 泵 压缩机等市场的。对于本土品牌,在电气传动领域,平方转矩或曰恒功率负载一直是其进入市场的切入点,也是传动领域的低端市场
技术:技术已经不成为进入这一行业的壁垒,而稳定性及产品性能则逐渐成为各个厂商面临的主要技术问题。国外品牌由于产品技术相对成熟,行业应用经验也相对丰富,因此在故障率,元器件质量、以及超大功率产品上用户相对比较满意。但是随着本土品牌的不断发展,这一差距也在逐步缩小。
价格:毋庸置疑,价格优势是本土品牌的巨大优势。这种优势是短期内不会改变的。而这一特点也迎合了金融危机后,用户要求性价比,注重减少项目成本的需求。
资金:由于高压变频器的单价较高,收款周期都较长,资金的充裕性成为关键的竞争力之一,在这一点上,国外品牌压力较小。通过近年的发展,本土品牌也已积累了一定的资金实力,部分国内厂商已经拥有较充足的资金应对资金流问题以及进行产品的研发与升级。另外,广州智光、哈尔滨九洲、合康亿盛等本土品牌陆续上市,也表明这一行业如低压变频一样会出现更多资本运作。国内厂商逐步度过发展期,开始寻求资本运作,以期提升企业规模效应。
纵观国内外品牌,技术竞争,营销竞争已经进入白热化,但是随着各品牌针对的目标市场逐渐细化,市场竞争不止表现为价格,也是品牌竞争,脱离制造环节,转向前端的品牌及研发设计,后端的渠道及服务,也是这一领域可行的商业模式。
同时,如何提高管理水平,严格成本控制,优化资金流,人才引进等逐渐成为各品牌之间竞争的核心内容。这种“软实力”的竞争将在未来更加激烈。
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。
其应用的领域和范围也越来越为大,这使得高效、合理地利用能源(尤其是电能)成为了可能。电机是国民经济中主要的耗电大户,高压大功率的更为突出,而这些设备大部分都有节能的潜力。大力发展高压大功率变频调速技术,将是时代赋予我们的一项神圣使命,而这一使命也将具有深远的意义。
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。