高压变频器与液力耦合器的性能比较

　　一、引 言

　　在工业领域中，大功率电动机是整个工业系统心脏，其耗电量占全国发电总量的30%以上，是能源消耗份额最大的系统。大功率电机拖动的大中型风机、水泵的耗电量约占风机水泵耗电总量的50%以上。由于大型系统中的各种工艺要求，其风机、水泵都是按照最恶劣的环境设计，在大部份运行时间中，都是属于大马拉小车的状态，简单的调节方式是采用档板或阀门来调节风量或流量，以满足负荷变化的要求，其能量损耗相当严重。采用改变电机转速来实现调节风量或流量，无疑对节约能源，提高设备工作效率意义非常重大。但对于客户来说如何根据自己的客观情况，选择一种经济实用的调速方式，是摆在他们面前的实际问题。本文从理论和实际两个方面对于应用高压变频器和液力耦合器的优缺点进行全面的分析和比较。

　　二、高压变频器的工作原理与性能特点

　　(一)高压变频器的发展过程

　　高压变频器是随着现代电力电子器件的发展而逐步发展起来的一种高压电机调速产品，发展阶段大致为：

　　(1) 从功率元件上分： GTR、GTO、IGBT、IGCT。

　　(2) 从结构方式上分：高—低—高、三电平、二极管钳位多电平串联、电容钳位多电平串联、多电平单元串联叠加、直接矢量控制电流源逆变器。

　　(3) 从控制方式上分：晶闸管电容强制换相、晶闸管电感强制换相、GTO自关断、IGBT电压控制自关断、IGCT电流控制自关断。

　　(4) 从控制系统上分：模拟控制，数字工控机控制，数字FPGA控制，数字DSP控制。

　　(二)多电平单元串联叠加型高压变频器的基本构成

　　(1)主回路构成

　　由高压变频器、远控操作箱、机旁操作箱及旁路开关柜等部分组成。其中机旁操作箱和旁路开关柜为选配设备，旁路开关柜可以采用手动或自动旁路形式，系统的单线原理图如图所示：

图1 系统的单线原理图

　　(2)高压变频器的构成

　　内部是由十八个相同的单元模块构成，每六个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移相切分变压器进行供电，原理图如下：

图2 高压变频器内部结构图

　　(3)功率单元构成

　　功率单元是一种单相桥式变换器，由输入切分变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制，产生设定的频率波形。变频器中所有的功率单元，电路的拓扑结构相同，实行模块化的设计。其控制通过光纤发送。原理框图如下所示：