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眾所周知，大功率風機、水泵的變頻調速方案，可以收到顯著的節能效果，其直接經濟效益很大，宏觀經濟效益及社會效益則更大。可以預計，大功率交流電機變頻調速新技術的發展是我國節能事業的主導方向之一。

目前，阻礙變頻調速技術在高壓大功率交流傳動中推廣應用主要問題以下幾點：一是高電壓大電流功率器件缺乏，散熱技術水平較低，超大功率產品實現難度高；二是高性能矢量控制技術等低壓成熟技術在高壓變頻器上應用實現難度高，國內高端應用場合對國產高壓認知度不高；三是5MW以下風機泵類高壓變頻技術同質化嚴重，技術門檻降低，硬件和售后服務成本高，回款率低，從而造成了高壓變頻器企業持續發力難度加大。這幾個難題阻礙了高壓大容量變頻調速技術的推廣應用。

問題1：目前高壓變頻器發展的技術瓶頸是什么？

問題2：如何解決用戶所關心的投入產出比問題？

問題3：目前高壓變頻器行業除了風機和水泵之外，更應該關注哪個行業？

行業觀點

上海新時達電氣股份有限公司 研發中心 總監 嚴彩忠

問題1：目前高壓變頻器發展的技術瓶頸是什么？

從高壓變頻器技術的實現而言，600A以下風機水泵類高壓變頻器的實現我個人覺得已經沒有什么技術瓶頸，只是很多廠家進入該行業較晚，生產工藝和現場應用經驗上有所欠缺而已。當前市場上主要的高壓變頻器實現技術是H橋級聯技術（CHB）和中點箝位三電平技術（NPC-3L）。采用CHB的有：西門子（羅賓康）、施耐德（利德華福）、合康等；采用NPC-3L的有：ABB、富士、西門子等。

一、600A以下風機泵類高壓變頻器無技術瓶頸

從1995年美國羅賓康公司在中國開始推廣CHB高壓變頻器至今17個年頭，國內也已有超過20個廠家使用CHB實現了高壓變頻調速產業化。CHB采用1700V級電壓功率器件構建功率單元模塊（也有采用3.3kV的廠家），可靠性高。通過若干個功率單元串聯便可直接輸出高壓電，多重化整流和多電平疊加的方式有效地抑制了輸入輸出諧波，不必再采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置，因此CHB深受國內用戶青睞。而以ABB等為代表的多電平高壓變頻技術，為解決6kV/10kV的輸出電壓，需采用4.5kV器件串聯，dv/dt過大，而后采用的混合式三電平H橋技術，雖可將電壓提高到6kV，但與傳統CHB相比，輸出電壓、電平數、可控器件數、整流電源數、變壓器復雜性及dv/dt等都類似，沒有突出優點。所以在國內占主導的依然是CHB。

二、600A以上高壓變頻器散熱、拓撲技術有待發展

通過功率單元的串聯，H橋級聯技術可以實現高電壓高功率輸出。但600A以上產品單個功率的電流較大，功率單元體積大，散熱要求高。采用常規風冷模式，需要將散熱器做的很大，同時系統散熱風扇要求較大，柜體體積大。如何將諸如水冷、熱管、空-水冷等技術應用到大功率單元中去，是值得研究的一個課題。同時，600A以上的移相變壓器體積重量大，這給系統的安裝、維護及運輸帶來了很多麻煩。加之“H橋”技術需要前級移相變壓器，在原材料成本日益上升的情況下，大功率高壓變頻器的實現成本也隨之上升。這將是高壓變頻器面臨的又一個技術瓶頸。當然國際國內對高壓變頻技術拓撲研究很活躍，比如簡單的IGBT直接串聯技術、二極管/飛躍電容箝位多電平技術、統一箝位多電平技術、（無獨立電源）級聯多電平技術、三相三電平單元級聯技術、多電平自平衡級聯技術、MMC技術等。

三、高性能高壓變頻技術還需發展

對于一些追求高動態響應的場合，比如冶金、機車牽引、橡機密煉機、船舶推進、海上鉆井、礦井提升等，傳統的風機水冷類高壓變頻器一是無法滿足過載要求，二是無法滿足動態響應要求，三是無法滿足高可靠性要求。如何將低壓變頻器成熟的矢量控制技術、直接轉矩控制技術、四象限控制技術（PWM整流技術）、同步電機控制技術等應用到高壓變頻器中也是個比較時尚的課題。

目前國內四象限高壓變頻器的常規做法是把H橋的整流改為PWM整流，能把再生能量回饋至電網，四象限工作。網側電流正弦，功率因數可調，電網異常降低時關斷全部開關器件，無顛覆問題。

問題2：如何解決用戶所關心的投入產出比問題？

高壓變頻器在風機水泵等應用場合的節能效果已被用戶廣泛接受，另外采用變頻器控制電機后，電動機啟動時及運轉過程中均無沖擊電流，可大大延長電機、接觸器及機械散件、軸承等使用壽命。因此變頻改造后，不僅節約大量電能，而且可以減少設備維修保養費。

隨著高壓變頻器產業的提升及電力電子技術的發展，采用高壓變頻器用戶的投入還可能進一步降低。一方面，高壓變頻器廠家需要通過提高技術進一步降低生產成本，比如擴大生產規模降低制造成本、提高可靠性降低售后成本、采用新技術減少原材料成本等。另一方面，EMC（合同能源管理）是一個很好的方法，由EMC公司來負責設備的安裝，用戶初期投資極少。既達到了用戶節能的效果，又減少了前期投資，還能政府給予的一定支持。我覺得隨著EMC的深入，加上高壓變頻器成本的降低，是完全可以解決用戶的投入產出問題的。