如何选择变频调速器？

（1）调速方式

目前常用的调速方式主要有以下几种：

①液力耦合器调速装置。液力耦合器调速装置是将电动机的动能通过泵轮和涡轮之间液体或油的传递获得机械能。该技术属于滑差功率消耗型调速技术，转速越低，效率越低。它属于一种机械传输装置，必须插入在电机和水泵之间进行安装，对于水泵调速改造项目也不太适用，同时正因为它是电机和水泵的连接纽带，一旦发生故障，水泵将无法运行。液力耦合器本身维护工作量也很大，需要经常停机检修，换件换油。该类型装置的优点是操作简单，有一定的节能效果。缺点是有转差功率损失，最大可达电机额定功率的14.8%；为了转差功率损耗引起的发热，还需另加冷却设备，又会产生一定的能源损耗。此外，还有占地面积较大，油路导管漏油等问题。基于以上原因，尽管其成本低廉，目前已经较少有人采用，这种技术目前正被逐渐淘汰之中。

②电磁滑差离合器调速装置。由电枢和磁极两部分组成，电枢与电动机同轴，电枢切割磁力线感应涡流，产生电磁力，推动磁极跟着旋转，带动水泵转动，改变励磁电流大小，就可改变水泵的转速。但是，该装置仍存在转差功率损耗，在低速运行时发热大、效率低，且占地面积大以及传输功率等级有限，一般用于630k W以下的水泵机组。

③变极调速装置。改变异步电动机绕组极对数从而改变同步转速进行的调速称为变极调速，其转速按阶跃方式变化，而非连续变化，主要用于笼型异步电动机。变极调速只能是有级调速，且级差较大，适用于需要分级调速的设备。

④串级调速装置。串级调速是将转子转差能量整流、有源逆变，经反馈变压器将多余的电能反馈回电网的一种调速方法，属于转差能量回馈型调速技术，在技术上优于液力耦合器调速，其调速范围为70%～100%。由于控制对象是电机转子，使用目前耐压水平的开关器件就可以方便地实现对高压电机的控制。20世纪70、80年代，串级调速装置被大量采用。在调速范围要求不高时，因串级调速装置容量仅需大于最大转差功率，故容量较小，成本也较低。但串级调速只适用于绕线式异步电机，鼠笼电机无法使用，而绕线式异步电机的滑环需要经常停机维护。串级调速装置本身是低压大电流设备，效率和可靠性都不高，对电网会产生一定的谐波污染。它的优点是可无级平滑调速，总效率可以接受。它的缺点是调速范围不大，功率因数低，且深调速时谐波对电网的污染严重。

⑤变频调速装置。变频调速技术通过改变电机定子的供电频率，实现对电机的速度控制，所以它适用于鼠笼型异步电动机，也适用于绕线式异步机。变频调速属于转差功率不变型调速技术，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变。调速范围大，一般可达20∶1；调速精度高，可以实现无级平滑调速。

变频调速适用于多种水泵的调速，特别对于低转速（低流量）区域运行较多或启停运行频繁的水泵更显出优越性。它还适宜用于大型水泵的启停装置，由于实现了电动机的软启动，减少了启动损耗，避免了对电网的冲击。由于目前大部分变频调速装置能保证较高的功率因数，因此直接启动电动机必须配置的无功功率补偿装置在变频机组中不再需要配置。

随着电力电子技术的发展，变频器功能的不断完善，变频调速已成为当今主流的交流电动机调速方式，目前变频调速装置已有从1k W至数万k W的系列产品。除了变频器本身设备成本较高外，其他方面均具有显著的优越性。变频器价格高可由其优越的节能效果弥补，所以本工程采用变频调速技术调节水泵电动机转速。

（2）变频调速装置

220k W至5000k W水泵机组可选择的变频调速装置有以下六种：

①“中—低—中”变频器。用1台降压变压器把中压变为低压，经低压变频器变频，再由输出变压器升为中压。该装置的优点是变频器价格低，缺点是增加了占地面积和成本，增加了两级变压器损耗，升压变压器的采用是技术上的失误，可靠性大大降低，在低速时，变压器效率更低，功率因数也低。

②低压大功率变频器。国产低压变频器已做到1000k W，国外已做到2000k W。需要指出的是，用低压变频器去拖动6k V的电动机是不合理的，但是改造电机接线方法，电压就变成了3.47k V，使用3.3k V的变频器就没有问题了。建议尽量选用1.7k V、2.3k V、3.3k V的电动机。

③中—低压大功率变频器。其优点是中压输电损耗小，低压变频效率高，输入变压器一侧采用角（△）接法，可吸收变频系统中的高次谐波。(www.xing528.com)

④中—中压变频器主要有以下两种。

中压IGBTPWM变频器。电压为2.3k V、3.3k V、4.16k V，容量为800k W至4000k W，额定效率为98.5%，额定功率因数≥0.96。中压IGBT是低压IGBT基础上发展的新品种，系统器件由60支减为24支，电路简化了，可靠性提高了。

中压IGCTPWM变频器。电压为2.3k V、3.3k V和4.16k V，容量为315k W至6500k W，额定效率＞98%，额定功率因数＞0.95。

中压IGCT是在GTO元件基础上发展起来的新产品，它保留了GTO导通压降小、电压和电流高的特点，又克服了GTO开关性能差的缺点，是一件非常理想的兆瓦、中压开关器件。GTO体积大、损耗大，而IGCT芯片厚度减小到与二极管差不多；这就大大简化了电压变频器结构，其触发功率小，开关一致性好，既方便串并联，又进一步扩大了功率范围。1台4.16k V变频器，使用6k V的IGCT只需要12支器件，是低压IGBT的1／5件，中压IGBT的1／2件。由于器件电压提高，数量减少，使得变频器电路更加简化，可3电平、4电平或5电平电路，变频器输出端装有滤波器及d V／dt限制器，可配普通6k V电机，也可配较低电压的多相电机，为了限制高次谐波，变频器输入端为12相整流，也可为18相或24相整流。

⑤多重式多级串联中压变频器。西门子ROBICON公司、日本安川、富士、东芝公司、我国利德华福等公司，都先后推出了多重式多级串联中压变频调速装置。采用多电平结构和多级低压小功率IGBT PWM变频单元串联输出中压变频电，实现了大功率集成。其输入电压在2.3～13.8k V，输出电压2.3～6k V，容量为800～5600k W，国内为315～2500k W，额定效率≥96%，额定功率因数≥0.95。

⑥电流源型中压变频器。CSI--PWM变频器采用了目前中压变频业界领先的电流源技术，输入、输出电压均为6k V，容量在100～25400k W，额定效率＞98%，功率因素＞95%。所用的功率器件为最新型高压元件SGCT（对称门极换流晶闸管）。其单管双面耐压6k V。逆变侧结构非常简单，为三相6桥臂输出，每桥臂3个SGCT串联，额定耐压18k V，极大提高了设备的可靠性。3相18个SGCT，为所有中压变频最为简练的。同时，输入、输出谐波小，可兼容老式电机，不需额外虑波降容。

变频直流环节采用了直流电抗器，据有先天的故障电流抑制功能，同时直流电抗能消除共模电压，减小电机机座绝缘压力。变频器整流侧采用了PWM整流，利用SHE进行谐波消除。结合逆变侧，变频结构非常简单，故障点较少。

（3）变频器类型选择

由于本工程有大量的变频器等非线性负载，在系统各级电压母线上可能产生谐波污染。因此，在设计前期，根据估算的电源资料和变频器参数（18脉冲），进行了谐波模拟计算。考虑到当时电源技术资料尚未最终确定，变频设备尚未招标，故设计前期的谐波计算仅是理论上的模拟计算，其准确性与工程最终实施方案会有一定偏差，因此考虑谐波控制和治理措施。具体内容如下：

①对变频器的整流元件提出谐波控制要求，提高变频器品质，增加换流装置的脉动数。具体措施是电压源型变频器选择不小于30脉冲的变频器（电流源型按相同要求考虑），变频器本身具有强大的谐波治理能力，且变频器的脉动数尽量统一，并且在各台变频装置移相器上采用角度互补措施减少叠加效应，以满足国标中电力系统要求的谐波含量限值。

②待变频器招标确定后，根据正式的电源资料，在下阶段工作中重点研究辅助的谐波处理方案，本工程设计中先预留相应滤波装置室的土建条件。

③在工程正式实施后，通过对谐波的测量，对谐波治理方案的参数进行最终的修正，达到最大限度的降低损耗，节约能源的效果。

变频装置根据电机功率的大小，分别配置了水冷型和风冷型，使不同功率的变频器达到投资的最佳性价比。水冷型满足冷却效果优良，降低对环境要求，安全运行的效果；风冷型变频器室布置采用中间天井进风，对侧风管出风的布置形式，达到了避免进出风短路，冷却效果优良的效果。良好的散热通风效果可降低变频器的损耗，降低空调开启的频率，达到节能的目的。