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變頻器的現(xiàn)狀及其未來的技術(shù)發(fā)展方向(一)

星之球激光 來源:電氣自動化技術(shù)網(wǎng)2013-03-23 我要評論(0 )   

變頻技術(shù)的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新、電力電子器件及材料的開發(fā)及器件制造工藝水平提高基礎(chǔ)之上的,尤其是高壓大容量絕緣柵雙極晶體管 IGBT 、集成門極換流...

        變頻技術(shù)的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新、電力電子器件及材料的開發(fā)及器件制造工藝水平提高基礎(chǔ)之上的,尤其是高壓大容量絕緣柵雙極晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管工IGCT器件的成功開發(fā),使大功率變頻技術(shù)得以迅速發(fā)展,性能日益完善。目前市場上新型變頻器品牌繁多,各有千秋。通過分析發(fā)現(xiàn),這類變頻器有許多共同點(diǎn)。下面對變頻器的現(xiàn)狀及其未來的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行分析介紹。

 

  1.變頻器的市場情況:

 

  我國50%60%的發(fā)電量用于交流電動機(jī),而容量在3kw以上,額定電壓一般為310kV的電動機(jī)占電動機(jī)總裝機(jī)容量的40%50%。由于我國中壓變頻技術(shù)仍沒有形成產(chǎn)業(yè)化,落后于國外發(fā)達(dá)國家,因此這部分電動機(jī)在負(fù)載工況變化時,缺少經(jīng)濟(jì)可靠的調(diào)速手段,每天都在浪費(fèi)著大量的電能,因此國內(nèi)潛在著巨大的中壓大功率變頻器市場。國家計委預(yù)計在今后十五年內(nèi),使我國變頻器總需求的投資額在500億元以上,而其中60%70%是中壓大功率變頻器。我國的高壓變頻器市場具有其特殊性,包括:(1)行業(yè)性很強(qiáng),主要集中在冶金、電力、供水、石油、化工、煤炭等行業(yè)。在工業(yè)用電中石油、煤炭等能源行業(yè)耗電占22.34%;化工占14.73%;冶金占14.18%;機(jī)械建材占10.96%;供水占10.53%(2)目前全國各行業(yè)中,只有少數(shù)企業(yè)的高壓電機(jī)使用了調(diào)速方式,市場空白點(diǎn)多。(3)高壓變頻器屬投資類設(shè)備,主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。用戶是否購買此類設(shè)備與政府的政策導(dǎo)向關(guān)系很大。如政府推廣力度較大,市場啟動會快一些,反之則慢。另一方面市場還受國際、國內(nèi)經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響以及國內(nèi)某些行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益好壞的影響。因此在未來市場發(fā)展過程中仍存在著一些不確定的因素。(4)海外公司的知名品牌產(chǎn)品大舉進(jìn)入我國市場的可能性較大,各方應(yīng)有所準(zhǔn)備。

 

  2.變頻器的變頻技術(shù)的現(xiàn)狀

 

  交一交變頻是早期變頻的主要形式,適應(yīng)于低轉(zhuǎn)速大容量的電動機(jī)負(fù)載。其主電路開關(guān)器件處于自然關(guān)斷狀態(tài),不存在強(qiáng)迫換流問題,所以第一代電力電子器件—晶閘管就能完全滿足它的要求。由于其技術(shù)成熟,在國內(nèi)開發(fā)研制也最多,目前在國內(nèi)仍有一定的市場。交一交變頻在其主接線中需要大量的晶閘管,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維護(hù)工作量較大,并因采用移相控制方式,功率因數(shù)較低,一般僅有0.60.7,而且諧波成分大,需要無功補(bǔ)償和濾波裝置,使得總的造價提高。

 

  交一直一交變頻采用了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如中一低一中方式,其實質(zhì)上還是低壓變頻,只不過從電網(wǎng)和電動機(jī)兩端來看是高壓。由于其存在著中間低壓環(huán)節(jié),所以具有電流大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、可靠性差等缺點(diǎn)。由于其發(fā)展較早,技術(shù)也比較成熟,所以目前仍廣泛應(yīng)用。隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展,特別是新型大功率可關(guān)斷器件的研制成功,中一低一中方式具有被逐步淘汰的趨勢。而直接中壓變頻方式,因沒有中間的低壓環(huán)節(jié),結(jié)構(gòu)上有著廣闊的發(fā)展前景。

 

        變頻器的逆變器普遍采用大功率場效應(yīng)管MOSET、大功率晶體管GTR、可關(guān)斷晶閘管GTO等的自關(guān)斷元件,其中GTR應(yīng)用最為普遍。但是在調(diào)制策略發(fā)展和要求逆變器輸出諧波分量更小的情況下,必須提高開關(guān)頻率,為此,GTR滿足不了這個要求,于是開發(fā)出了一種新元件IGBT。IGBT的全稱是絕緣柵雙極晶體管,是一種把MOSETGTR巧妙結(jié)合在一起的電壓型雙極/M05復(fù)合器件,IGBT具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、元件損耗小、驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動功率小、極限溫度高、熱阻小、飽和壓降和電阻低、電流容量大、抗浪涌能力強(qiáng)、安全區(qū)寬、并聯(lián)容易、穩(wěn)定可靠及模塊化等一系列優(yōu)點(diǎn),是一種極理想的開關(guān)元件。目前,電流2400A、電壓3300V、開關(guān)頻率40kHzIGBT已在小、中、大功率范圍內(nèi)使用。IGBT#p#分頁標(biāo)題#e#不僅用于500V以下低壓變頻器,還可以用于IOOOV以上高壓變頻器以驅(qū)動高壓電動機(jī)。此類中壓、高壓變頻器采用多電平逆變器輸出高壓,也可用變壓器降壓~低壓變頻器一變壓器升壓的方式。由于IGBT具有性能特好的優(yōu)勢,預(yù)計近十年內(nèi)不會被新開發(fā)的元件所取代。

 

 

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