眾所周知，高壓電動機(jī)的應(yīng)用極為廣泛，它是工礦企業(yè)中的主要?jiǎng)恿ΑＴ谝苯?、鋼鐵、石油、化工、水處理等各行業(yè)的大、中型廠礦中，廣泛用于拖動風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)及各種其他大型機(jī)械。其消耗的能源占電機(jī)總能耗的70%以上，而且絕大部分都有調(diào)速的要求，但目前的調(diào)速和起動方法仍很落后，浪費(fèi)了大量的能源且造成機(jī)械壽命的降低。隨著電氣傳動技術(shù)，尤其是變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，作為大容量傳動的高壓變頻調(diào)速技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。順便指出，目前習(xí)慣稱作的高壓變頻器，實(shí)際上電壓一般為2.3-10kV，國內(nèi)主要為3kV，6kV和10kV，和電網(wǎng)電壓相比，只能算作中壓，故國外常成為MediumVoltageDrive。

　　濟(jì)鋼高壓風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速系統(tǒng)

　　我國高壓電動機(jī)多為6kV和10kV，在濟(jì)鋼老廠區(qū)進(jìn)線電源為6kV，高壓電機(jī)調(diào)速大多為直接啟動和液力偶合器調(diào)速；新建廠區(qū)進(jìn)線電源電壓為10kV，在高壓風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，采用液力耦合器調(diào)速方式。直接起動或降壓起動非但起動電流大，造成電網(wǎng)電壓降低，影響其它電氣設(shè)備的正常工作;而且主軸的機(jī)械沖擊大，易造成疲勞斷裂，影響機(jī)械壽命。當(dāng)電網(wǎng)容量不夠大時(shí)，甚至有可能起動失敗。液力耦合器在電機(jī)軸和負(fù)載軸之間加入葉輪，調(diào)節(jié)葉輪之間液體（一般為油）的壓力，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)差功率消耗型的做法，節(jié)能效果并不是很好，而且隨著轉(zhuǎn)速下降效率越來越低、需要斷開電機(jī)與負(fù)載進(jìn)行安裝、維護(hù)工作量大，過一段時(shí)間就需要對軸封、軸承等部件進(jìn)行更換，現(xiàn)場一般較臟，顯得設(shè)備檔次低，屬淘汰技術(shù)。

　　一般說來，使用高壓（中壓）變頻調(diào)速系統(tǒng)對于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載有兩個(gè)重要特點(diǎn)：第一，由于消除了閥門（或擋板）的能量損失并使風(fēng)機(jī)、水泵的工作點(diǎn)接近其峰值效率線，其總的效率比液力耦合器提高25%～50%；第二，高壓（中壓）變頻調(diào)速起動性能好，使用高壓變頻器，就可實(shí)現(xiàn)“軟”起動。變頻裝置的特性保證了起動和加速時(shí)具有足夠轉(zhuǎn)矩，且消除了起動對電機(jī)的沖擊，保證電網(wǎng)穩(wěn)定，提高了電機(jī)和機(jī)械的使用壽命。

　　現(xiàn)以濟(jì)鋼三煉鋼為例，來分析高壓（中壓）變頻器在實(shí)際生產(chǎn)中的節(jié)能效果。在濟(jì)鋼三煉鋼廠共使用了10臺高壓除塵電機(jī)，裝機(jī)容量合計(jì)23.1MW，占三煉鋼總裝機(jī)容量的40%。而從現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測到的工作電流其比重更高，電流值見表1，風(fēng)機(jī)類負(fù)載要占總?cè)萘康?0%。而高壓變頻器比液力耦合器效率可以提高25%～50%，按每月風(fēng)機(jī)節(jié)能20%計(jì)算，每月總電量可以降低8%，三煉鋼每月電費(fèi)1000萬元，這樣每年可以降低成本近80多萬元，從上述粗略計(jì)算來看，高壓（中壓）變頻調(diào)速在濟(jì)鋼高壓風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用，前景廣泛，節(jié)能效果巨大。

　　高壓變頻器應(yīng)用現(xiàn)狀

　　雖然由于電壓高、功率大、技術(shù)復(fù)雜等因素，高壓變頻器的產(chǎn)業(yè)化在80年代中期才開始形成，但隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展和巨大市場的推動力，高壓變頻器近十多年的發(fā)展非常迅速，使用器件已經(jīng)從SCR、GTO、GTR發(fā)展到IGBT、IGCT、IGET和SGCT，功率范圍從幾百千瓦到幾十兆瓦。技術(shù)上已經(jīng)成熟，可靠性得到保障，使用面越來越廣。高壓變頻器可與標(biāo)準(zhǔn)的中、大功率交流異步電動機(jī)或同步電動機(jī)配套，組成交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，用來驅(qū)動風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)和各種機(jī)械傳動裝置，達(dá)到節(jié)能、高效、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

　　近年來，各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)高壓組成方式可分為直接高壓型和高—低—高型，根據(jù)有無中間直流環(huán)節(jié)來分，可以分為交—交變頻器和交—直—交變頻器，在交—直—交變頻器中，按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，可分電壓源型和電流源型。下面將對目前使用較為廣泛的幾種高壓變頻器進(jìn)行分析，指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　1高—低—高型變頻器

　　變頻器為低壓變頻器，采用輸入降壓變壓器和輸出升壓變壓器實(shí)現(xiàn)與高壓電網(wǎng)和電機(jī)的接口，這是當(dāng)時(shí)高壓變頻技術(shù)未成熟時(shí)的一種過渡技術(shù)。由于低壓變頻器電壓低，電流卻不可能無限制的上升，限制了這種變頻器的容量。由于輸出變壓器的存在，使系統(tǒng)的效率降低，占地面積增大；另外，輸出變壓器在低頻時(shí)磁耦合能力減弱，使變頻器在啟動時(shí)帶載能力減弱。對電網(wǎng)的諧波大，如果采用12脈沖整流可以減少諧波，但是滿足不了對諧波的嚴(yán)格要求；輸出變壓器在升壓的同時(shí)，對變頻器產(chǎn)生dv/dt也同等放大，必須加裝濾波器才能適用于普通電機(jī)，否則會產(chǎn)生電暈放電、絕緣損壞的情況。西門子公司早期生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)的變頻器，目前已停止生產(chǎn)，僅提供備件。

　　2電流源型高壓變頻器

　　輸入側(cè)采用可控硅進(jìn)行整流，采用電感儲能，逆變側(cè)用SGCT作為開關(guān)元件，為傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)。由于器件的耐壓水平有限，必須采用多個(gè)器件串聯(lián)。器件串聯(lián)是一種非常復(fù)雜的工程應(yīng)用技術(shù)，理論上說可靠性很低，但有的公司可以做到產(chǎn)品化的地步。由于輸出側(cè)只有兩個(gè)電平，電機(jī)承受的dv/dt較大，必須采用輸出濾波器。電網(wǎng)側(cè)的多脈沖整流器為可選件，用戶需要針對自己的工廠情況提出要求。這種變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電路就可以將負(fù)載的慣性能量回饋到電網(wǎng)。電流源型變頻器的主要缺點(diǎn)是電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，諧波大，而且隨著工況的變化而變化，不好補(bǔ)償。電流源型高壓變頻器代表廠商是AB公司。

　　3電壓源型三電平變頻器

　　變頻器采用二極管整流，電容儲能，IGBT或IGCT逆變。三電平的逆變形式，采用二極管箝位的方式，解決了兩個(gè)器件串聯(lián)的難題，技術(shù)上比兩個(gè)器件簡單直接串聯(lián)容易，同時(shí)，增加了一個(gè)輸出電平，使輸出波形比兩電平好。這種變頻器的主要問題是：由于采用高壓器件，輸出側(cè)的du/dt仍舊比較嚴(yán)重，需要采用輸出濾波器。由于受到器件耐壓水平的限制，最高電壓只能做到4160V，要適應(yīng)6kV和10kV電網(wǎng)的需要，更換電機(jī)是一種做法，但是造成故障時(shí)向電網(wǎng)旁路較麻煩。