變頻器的現狀及其未來的技術發(fā)展方向
變頻技術的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術的創(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，這類變頻器有許多共同點。下面對變頻器的現狀及其未來的技術發(fā)展方向進行分析介紹。
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，而容量在3kw以上，額定電壓一般為3～10kV的電動機占電動機總裝機容量的40%～50%。由于我國中壓變頻技術仍沒有形成產業(yè)化，落后于國外發(fā)達國家，因此這部分電動機在負載工況變化時，缺少經濟可靠的調速手段，每天都在浪費著大量的電能，因此國內潛在著巨大的中壓大功率變頻器市場。國家計委預計在今后十五年內，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，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，只有少數企業(yè)的高壓電機使用了調速方式，市場空白點多。(3)高壓變頻器屬投資類設備，主要用于節(jié)能和改善生產工藝。用戶是否購買此類設備與政府的政策導向關系很大。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、國內經濟大環(huán)境的影響以及國內某些行業(yè)的整體經濟效益好壞的影響。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品大舉進入我國市場的可能性較大，各方應有所準備。
2.變頻器的變頻技術的現狀
交一交變頻是早期變頻的主要形式，適應于低轉速大容量的電動機負載。其主電路開關器件處于自然關斷狀態(tài)，不存在強迫換流問題，所以第一代電力電子器件—晶閘管就能完全滿足它的要求。由于其技術成熟，在國內開發(fā)研制也最多，目前在國內仍有一定的市場。交一交變頻在其主接線中需要大量的晶閘管，結構復雜，維護工作量較大，并因采用移相控制方式，功率因數較低，一般僅有0.6～0.7，而且諧波成分大，需要無功補償和濾波裝置，使得總的造價提高。
交一直一交變頻采用了多種拓撲結構，如中一低一中方式，其實質上還是低壓變頻，只不過從電網和電動機兩端來看是高壓。由于其存在著中間低壓環(huán)節(jié)，所以具有電流大、結構復雜、效率低、可靠性差等缺點。由于其發(fā)展較早，技術也比較成熟，所以目前仍廣泛應用。隨著中壓變頻技術的發(fā)展，特別是新型大功率可關斷器件的研制成功，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)，結構上有著廣闊的發(fā)展前景。
變頻器的逆變器普遍采用大功率場效應管MOSET、大功率晶體管GTR、可關斷晶閘管GTO等的自關斷元件，其中GTR應用最為普遍。但是在調制策略發(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MOSET與GTR巧妙結合在一起的電壓型雙極/M05復合器件，IGBT具有輸入阻抗高、開關速度快、元件損耗小、驅動電路簡單、驅動功率小、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、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，是一種極理想的開關元件。目前，電流2400A、電壓3300V、開關頻率40kHz的IGBT已在小、中、大功率范圍內使用。IGBT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動高壓電動機。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，預計近十年內不會被新開發(fā)的元件所取代。
