新型的IGBT(IGCT)高中壓變頻器
| 即認(rèn)爲(wèi)U1＝E1，保持＝常數(shù)即可。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。 當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小，定子漏阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）不能再忽略。這種情況下，可以人爲(wèi)地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償定子電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。如圖一所示， 其中1爲(wèi)U1/f1＝C時(shí)的電壓、頻率關(guān)係，2爲(wèi)有電壓補(bǔ)償時(shí)（近似的E1/f1＝C）的電壓、頻率關(guān)係。實(shí)際裝置中U1與f1的函數(shù)關(guān)係並不簡(jiǎn)單的如曲線2所示。通用變頻器中U1與f1之間的函數(shù)關(guān)係有很多種，可以根據(jù)負(fù)載性質(zhì)和運(yùn)行狀況加以選擇。 2、基頻以上的弱磁變頻調(diào)速 這是考慮由基頻開(kāi)始向上調(diào)速的情況。頻率由額定值f1N向上增大，但電壓U1受額定電壓U1N的限制不能再升高，只有保持U1＝U1N不變。必然會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)於直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬於近似的恒功率調(diào)速方式。 綜合上述兩種情況，非同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式如圖 二所示。 由上面的討論可知，非同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻裝置獲得電壓頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源，實(shí)現(xiàn)所謂的VVVF（Variable Voltage Variable freqeency）調(diào)速控制。通用變頻器可適應(yīng)這種非同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本要求。 變頻調(diào)速器功能： 序號(hào) 變頻器的應(yīng)用效能 技術(shù)內(nèi)容 主要注意事項(xiàng) 1 原有恒速運(yùn)行的非同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制 改變籠型非同步電動(dòng)機(jī)的頻率和電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型電動(dòng)機(jī)：低速時(shí)散熱能力變壞，應(yīng)注意溫升頻率較低時(shí)適當(dāng)減輕負(fù)載 2 實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟停車 採(cǎi)用變頻起動(dòng)或停車?？深A(yù)先設(shè)定加、減速時(shí)間（0.1~6000s） 根據(jù)負(fù)載的運(yùn)行情況恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定加、減速時(shí)間 實(shí)現(xiàn)頻繁的起、停車 如果用工頻電源直接起動(dòng)，則起動(dòng)電流大；利用變頻器起動(dòng)，則可以在較小的電流下實(shí)現(xiàn)快加、減速，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱較小 加、減速時(shí)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，會(huì)增加電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量負(fù)擔(dān)，應(yīng)事先考查GD2和加、減速時(shí)間 3 不用主電路接觸器即可實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制 主電路中主開(kāi)關(guān)的切換順序決定了輸出相序。避免了使用主電路接觸器進(jìn)行機(jī)械式切換的弊端?？梢钥煽康貙?shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)之間的聯(lián)鎖 用於升降機(jī)等的控制，當(dāng)升、降方向改變時(shí)，需要採(cǎi)用機(jī)械制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)靜止保持 4 可方便地實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng) 機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成變頻器內(nèi)部的電能 時(shí)，電動(dòng)機(jī)則自動(dòng)産生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 靠變頻器自身，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)20％。如果接制動(dòng)電阻器，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以提高，擔(dān)應(yīng)注意制動(dòng)電阻的容量 5 實(shí)現(xiàn)高頻電動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)行 工頻的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速最高3000r/min（50Hz）或3600r/min（50Hz）。利用高頻變頻器爲(wèi)高頻電動(dòng)機(jī)供電，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到180000r/min（3000Hz） 電動(dòng)機(jī)的輸出能力是由頻率和電壓的正確關(guān)係保證的。通用非同步電動(dòng)機(jī)的供電頻率法達(dá)到高速化程度（最高可能達(dá)到120Hz）。另外，有必要校核電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度。 6 多臺(tái)電動(dòng)機(jī)可用一臺(tái)變頻器同時(shí)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行 通用變頻器是一種爲(wèi)電動(dòng)機(jī)提供電源的裝置。在容量允許條件下，可以並聯(lián)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量不必相同 若採(cǎi)用異頻電動(dòng)機(jī)，各電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度可能不相同。如果採(cǎi)用同頻電動(dòng)機(jī)，則各臺(tái)時(shí)機(jī)的轉(zhuǎn)速是相同的 7 變頻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電源的容量可以減小 用工頻電源直接起動(dòng)異頻時(shí)機(jī)，起動(dòng)初始電流可達(dá)5－6倍額定值。如果低頻起動(dòng)，可以使電流限制在100％－150％ 電源變壓器容量可以限制到電動(dòng)機(jī)容量的1.5倍 （2）、高壓變頻調(diào)速器 高壓變頻器正向著高可靠性、低成本、高輸入功率因數(shù)、高效率、低輸入輸出諧波、低共模電壓、低du/dt 等方向發(fā)展。電流源型變頻器技術(shù)成熟，且可四象限運(yùn)行，但由於高壓時(shí)器件串聯(lián)的均壓?jiǎn)栴}、輸入諧波對(duì)電網(wǎng)的影響和輸出諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響等問(wèn)題，使其應(yīng)用受到限制。對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等一般不要求四象限運(yùn)行的設(shè)備，單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器在輸入與輸出諧波、效率和輸入功率因數(shù)等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有較大的應(yīng)用前景。 （3）、專案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工藝分析 單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器採(cǎi)用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，取名爲(wèi)完美無(wú)諧波變頻器。該變頻器具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染小、輸入功率因數(shù)高、不必採(cǎi)用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。輸出波形好，不存在由諧波引起的電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、雜訊、輸出du/dt 、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的非同步電動(dòng)機(jī)。 （4）專案的技術(shù)路線： 設(shè)計(jì)原則：對(duì)國(guó)外類似産品進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)研究，吸取優(yōu)點(diǎn)，溶合我們的創(chuàng)造性： 採(cǎi)用美國(guó)TI公司最新設(shè)計(jì)的專用DSP，購(gòu)置功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)集DSP、CPU、PAL等一體的多功能控制板，加工製作，實(shí)驗(yàn)調(diào)試。 主回路以單元爲(wèi)基礎(chǔ)，發(fā)展到整體聯(lián)機(jī)，系統(tǒng)調(diào)試。 外協(xié)耦合變壓器。 （5） 本專案的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 電氣傳動(dòng)的交流化已經(jīng)成爲(wèi)電機(jī)控制的必然趨勢(shì)。目前絕大多數(shù)新上的電氣傳動(dòng)設(shè)備，******方案都是變頻調(diào)速。500KW以下的IGBT變頻器已經(jīng)取代SCR，BJT等變頻器，達(dá)到成熟階段。但是，在高中壓、大功率領(lǐng)域，IGBT（或IGCT）變頻器則處?kù)秳倓偲鸩诫A段。 高中壓變頻器的發(fā)展階段以不同的電力電子器件的應(yīng)用爲(wèi)標(biāo)誌。SCR元件本身沒(méi)有可控關(guān)斷功能，其構(gòu)成的變頻器功率因數(shù)差，諧波比例大，是電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不允許的，在已有的應(yīng)用例子中，必須附加大量的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和濾波器等。儘管如此，還是達(dá)不到令人滿意的性能指標(biāo)。隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，其他新型、高性能器件的出現(xiàn)，使SCR變頻器在沒(méi)有廣泛應(yīng)用於市場(chǎng)的情況下，就已經(jīng)變成正在淘汰的産品。 GTO變頻器比SCR有了一些改進(jìn)，具有可關(guān)斷功能，在一定程度上減少了諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，但是，由於開(kāi)關(guān)頻率不高，限制了變頻器的性能指標(biāo)，而且，GTO器件對(duì)驅(qū)動(dòng)級(jí)電路的要求高，電路複雜，可靠性難以保證，這些因素使GTO變頻器不可能達(dá)到大規(guī)模推廣的程度。至目前爲(wèi)止，SCR變頻器和GTO變頻器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用總量還沒(méi)有達(dá)到市場(chǎng)容量的0.1％。 BJT器件的耐壓性能特點(diǎn)，使它在低壓領(lǐng)域的變頻器有過(guò)發(fā)展，但從未有資格涉入高中壓變頻器的行列。 新型的高中壓變頻器的主電路是由IGBT（或IGCT）組成的。在上個(gè)世紀(jì)的八十年代和九十年代，500KW以下的IGBT變頻技術(shù)發(fā)展至成熟。但是在大功率領(lǐng)域，由於電壓高，單IGBT器件無(wú)法滿足耐壓要求，因此一些國(guó)外大公司努力採(cǎi)用串聯(lián)技術(shù)，即將多個(gè)IGBT串聯(lián)以滿足電動(dòng)機(jī)的高壓要求。這樣一來(lái)，系統(tǒng)中就必須有"均壓技術(shù)"，以避免將IGBT燒損。但是由於器件本身的特性決定，"均壓技術(shù)"很難解決，它成爲(wèi)全球本行業(yè)的"攔路虎"，阻礙了高中壓IGBT變頻器的發(fā)展。 在90年代末，一種新型的電路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，它可以避免"均壓技術(shù)"，也就是說(shuō)，採(cǎi)用這種新型電路結(jié)構(gòu)，既可以不採(cǎi)用"均壓技術(shù)"，又可以解決高壓?jiǎn)栴}。所以，只要低壓變頻器技術(shù)過(guò)關(guān)，高壓變頻器同樣可以過(guò)關(guān)。這一突破性進(jìn)展，給我國(guó)傳動(dòng)界的發(fā)展帶來(lái)了一個(gè)極好的契機(jī)。如果我們馬上抓住這個(gè)契機(jī)，集中力量，迎頭趕上，就可以實(shí)現(xiàn)與國(guó)際同步發(fā)展，否則，將失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，將失去知識(shí)經(jīng)濟(jì)帶給我們的一個(gè)良好機(jī)遇。 2、專案的成熟性和可靠性論述 本專案採(cǎi)用專用的DS、多CPU、大規(guī)?？删幊踢壿嬰娐芳岸喙δ苘涹w的綜合，60路PWM同時(shí)輸出，連續(xù)的速度可調(diào)，完美無(wú)諧波控制方式，現(xiàn)場(chǎng)匯流排擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的智慧控制。 採(cǎi)用美國(guó)TI公司最新設(shè)計(jì)的專用DSP，並在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多CPU控制，具有世界先進(jìn)性；至目前爲(wèi)止所查資料，還沒(méi)有與我們的系統(tǒng)完全一致的綜合，因此具有創(chuàng)新性；根據(jù)國(guó)際類似的系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)情況，以及我們雄厚的理論基礎(chǔ)和前期的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)成熟性；開(kāi)發(fā)新型系統(tǒng)所需的所有的器件可以在市場(chǎng)上買到，具有可行性。 開(kāi)發(fā)的6000伏變頻器頻率連續(xù)可調(diào)，輸出端的5次諧波爲(wèi)0.01％，7次、11次、13次、17次、19次、23次和25次諧波全部爲(wèi)0，總電流失真爲(wèi)1.21％，完全符合國(guó)際IEEE519標(biāo)準(zhǔn)。 四、專案産品市場(chǎng)調(diào)查與競(jìng)爭(zhēng)能力預(yù)測(cè) 1、市場(chǎng)調(diào)查 據(jù)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能技術(shù)中心1998年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)風(fēng)機(jī)總功率0.89億千瓦，水泵總功率2.1億千瓦，其他交流電機(jī)總功率3.4億千瓦；其中高壓電機(jī)占3億千瓦，占工業(yè)用電的20%，設(shè)備效率爲(wèi)75%，而實(shí)際運(yùn)行效率僅爲(wèi)30%-49%。 高壓電機(jī)廣泛分佈於冶金、化工、石化、電力、建材、煤炭、城建、等行業(yè)；按國(guó)家電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)慣例，凡電機(jī)功率在400KW以上，一般均採(cǎi)用高壓電機(jī)；按變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)電計(jì)算、節(jié)電率30%-50%，一年節(jié)電3500億千瓦時(shí)，約合人民幣1400億元，以上還不包括國(guó)外使用高壓電機(jī)的市場(chǎng)。 高中壓變頻器的大容量是其本身的固有屬性，其主要用戶是大容量風(fēng)機(jī)泵類。而風(fēng)機(jī)泵類等的節(jié)能潛力十分巨大，市場(chǎng)需求亦很迫切。我國(guó)大功率風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備雖然在電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)上僅占20％左右，但在能源消耗上卻占80％以上。這種能源消耗中，有很大的部分是浪費(fèi)掉的，在沒(méi)有高中壓變頻的情況下，這種浪費(fèi)是無(wú)可奈何的。1998年1月1日我國(guó)發(fā)佈的"節(jié)約能源法"中明文規(guī)定，"逐步實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，發(fā)展電機(jī)調(diào)速節(jié)電，……，提高電能利用率"，這不僅將風(fēng)機(jī)泵的調(diào)速節(jié)能的必要性用法律的方式確定了下來(lái)，而且也指明了高中壓變頻器不可懷疑的市場(chǎng)前景。 就風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備而言，有： 通風(fēng)機(jī)：如電廠，大型冶金企業(yè)等的鼓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)等， 壓縮機(jī)：大型制氧機(jī)，製冷機(jī)等， 泵類：油田輸油泵，潛油泵，大型企業(yè)的水泵等。 高中壓變頻器的市場(chǎng)需求之廣，調(diào)速節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、産業(yè)化規(guī)模之大，還不僅僅在風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載領(lǐng)域，如下可見(jiàn)更多的市場(chǎng)需求： 大型軋鋼機(jī)要求的工藝高，希望調(diào)速性能好，利用變頻軋製後，提高生産率，提高産品質(zhì)量，減少維修時(shí)間，制動(dòng)能量回饋等，帶來(lái)的效益十分可觀； 球磨機(jī)起停頻繁，電機(jī)燒損率相當(dāng)大，急需變頻軟起動(dòng)； 提升設(shè)備，高爐卷?yè)P(yáng)，大型起重機(jī)，裝載機(jī)，推進(jìn)機(jī)，攪拌機(jī)等，多數(shù)均需軟起動(dòng)或變頻節(jié)能運(yùn)行。 在國(guó)際上，全球需要變頻調(diào)速的大電機(jī)總負(fù)荷量與總發(fā)電量的比例，與國(guó)內(nèi)比例相當(dāng)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家，已經(jīng)採(cǎi)用各種高中壓變頻器的應(yīng)用率在1％以下，在中等發(fā)達(dá)和落後國(guó)家，已經(jīng)採(cǎi)用率在0．3％以下(中國(guó)已經(jīng)採(cǎi)用率在0．1％以下)。 2、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力預(yù)測(cè) 目前國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)共有三家生産6000V高-高變頻器，國(guó)外二家是美國(guó)ROBICON公司、美國(guó)AB公司，國(guó)內(nèi)是北京某公司。我公司是美國(guó)ROBICON公司中國(guó)代理，在中國(guó)已銷售多臺(tái)該公司産品，但由於該公司産品上15%的關(guān)稅、産品本身售價(jià)高、備件價(jià)格高、售後服務(wù)費(fèi)用高（美國(guó)工程師每小時(shí)50美金）等因素，産品價(jià)格很難爲(wèi)中國(guó)用戶接受，雖然在中國(guó)高壓變頻市場(chǎng)佔(zhàn)有率第一，每年也只有30臺(tái)的業(yè)績(jī)；美國(guó)AB公司的售價(jià)比ROBICON公司還要高10%，在中國(guó)的銷量更??；北京某公司2000年開(kāi)發(fā)成功該産品，在2001年剛推向市場(chǎng)。 由於我公司是美國(guó)ROBICON公司的中國(guó)代理，對(duì)中國(guó)高壓變頻器的市場(chǎng)分佈及用戶需求了如指掌，有自己的高壓變頻器銷售網(wǎng)路，因此，一旦本公司的高壓變頻器推出，將大大縮短進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間，可以充分利用現(xiàn)有的銷售網(wǎng)路，節(jié)省産品推廣資金和寶貴的産品佔(zhàn)有市場(chǎng)時(shí)間，迅速取得較大的市場(chǎng)份額。 如果從價(jià)格角度看，目前購(gòu)買所有器件需要的費(fèi)用還不足國(guó)外變頻器價(jià)格的30％，加之人工費(fèi)，加工費(fèi)，管理費(fèi)等，還不到國(guó)外變頻器價(jià)格的50％，如果我們按國(guó)外變頻器價(jià)格的80％銷售，則單臺(tái)産品利稅率爲(wèi)40％，加之我們維護(hù)方便的優(yōu)勢(shì)，是會(huì)很有競(jìng)爭(zhēng)力的，可見(jiàn)其巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 五、專案銷售方案 1、營(yíng)銷方案 本專案的銷售物件主要有冶金、化工、石化、電力、建材、煤炭、城建、等行業(yè)；針對(duì)上述行業(yè)本産品的營(yíng)銷方案主要有以下幾個(gè)辦法： (1) 利用公司現(xiàn)有的銷售網(wǎng)路，將全國(guó)劃成若干個(gè)區(qū)域，在各銷售 區(qū)域內(nèi)指定銷售人員負(fù)責(zé)。 (2)通過(guò)各行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)現(xiàn)有高壓電機(jī)進(jìn)行設(shè)備現(xiàn)狀調(diào)查，掌握第一手全國(guó)高壓電機(jī)設(shè)備資料； (3)在各相關(guān)技術(shù)刊物上刊登廣告； (4)贊助各行業(yè)組織的年會(huì)，介紹本專案産品； (5)派技術(shù)人員與銷售人員組成銷售小分隊(duì)對(duì)客戶的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 循回技術(shù)推廣走訪； (6)拍 |
