一、前言
目前，隨著企業競爭的日益加劇，生產成本的高低決定了企業在市場競爭的地位，特別是水泥生產企業，很大一部分花在能耗上，降低水泥生產過程中的電能消耗越來越引起了業界的重視.
在水泥生產過程中，風機被大量的采用于工藝流程上，而風機負載耗電量較大，起動電流較高，同時用電動閥門、擋風板等裝置來調節風量，在風道系統設計時，為滿足生產環境的最大要求，必須留有余量，因此風機的風量和壓力往往偏大，功率的偏大設計必然造成能量的浪費。很多的風機有30~70%的能量是消耗在調節閥的壓降上的，不僅造成電能的浪費，工作效率低，而且開動閥門時，還發出嘯聲和振動，經常發生事故。
變頻調速技術作為一種先進的電機調速方式，其優異的性能以及帶來可觀的經濟效益早已為人們所知。近幾年來變頻技術的出現，徹底改變了這一狀況，實踐證明在風機的系統中接入變頻系統，利用變頻技術改變電機轉速來調節風量和壓力的變化用來取代閥門控制風量，能取得明顯的節能效果。本文就SH-HVF系列高壓變頻器在華新金貓水泥（蘇州）有限公司中應用進行分析總結。
二、變頻器節能原理
一般異步電動機的同步轉速為：
n1＝60f/p
而異步電動機轉速n與同步轉速n1存在一個滑差關系：
n= n1（1—s）=60f/p（1—s）
由上式可以得到，改變異步電動機的轉速可以通過改變f、p、s可以達到。針對某一電動機而言P是一定的，而通過改變S進行調速空間非常小，所以變頻調速通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速是異步電動機的最為合理的調速方法。
若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉速。異步電動機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優點，目前變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。
根據流體力學相似定律：
Q1/Q2＝n1/n2 輸出風量Q與轉速n成正比；
H1/H2＝(n1/n2)2 輸出壓力H與轉速n2正比；
P1/P2＝(n1/n2)3 輸出軸功率P與轉速n3正比。
當風機風量需要改變時，如調節風門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統阻力上。如采用變頻調速調節風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時，當風機低于額定轉速時，理論節電為
E=〔1-( n′/n)3〕×P×T (kWh)
式中： n——額定轉速
n′—— 實際轉速
P——額定轉速時電機功率
T——工作時間
可見，通過變頻對風機進行改造，不但節能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。
三、SH-HVF變頻器原理特點及優勢
湖北三環發展股份有限公司主營業務為在電力電子技術平臺上從事高壓變頻器的研發、生產、銷售、代理、服務，同時還從事能源節能領域的投資。公司綜合實力位于全國同行業前三名，用戶分布全國十多個省市自冶區。由湖北三環發展股份有限公司負責起草的《DL/T994-2006中華人民共和國電力行業標準 火電廠風機水泵用高壓變頻器》已由國家發改委2006年5月6日公告發布（中華人民共和國國家發展和改革委員會公告2006年第29號），已于2006年10月1日起正式頒布實施。湖北三環發展股份有限公司通過世界銀行能源項目專家審核（2004年），多次獲得世界銀行的專項節能貸款支持，為世界銀行呈報的相關節能案例得到了世界銀行的廣泛推廣，被評為2006年中國節能十佳企業。
SH-HVF系列高壓變頻器是由湖北三環發展股份有限公司研制開發的新一代高壓變頻器，采用直接高高變換的方式，多電平串聯倍壓的技術方案，優化的PWM控制算法，實現優質的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出。
1、SH-HVF高壓變頻器的控制原理
SH-HVF系列高壓變頻裝置選用電壓源型交－直－交變頻器方式，整流側采用大容量電容器濾波。變頻裝置逆變主電路拓撲采用多電平形式，單元數的多少視電壓高低而定，3KV/6KV/10KV變頻器每相采用4/6/8個功率單元（Power Cell），逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，輸出電壓非常接近正弦波。如圖1所示：
圖1 功率單元串聯
整流用移相變壓器為干式變壓器，采用銅線繞制，配冷卻器，有高質量統一柜體封閉。具有就地和遠方超溫報警和相應的控制功能。
功率單元的主電路由熔斷器、三相全橋整流模塊、濾波電容及IGBT模快組成，如圖2所示。進入功率單元的低壓交流經過整流模塊的整流和電容的濾波后變成中間直流，在控制系統的控制下由IGBT逆變單元將中間直流逆變成交變的脈寬調制輸出。每個功率單元輸出電壓為1、0、－1三種狀態電平，以6KV為例，每相6個單元疊加，就可產生13種不同的電平等級，分別為±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。用這種多重化技術構成的高壓變頻器，也稱為單元串聯多電平PWM電壓型變頻器，采用功率單元串聯，而不是用傳統的器件串聯來實現高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。
圖2 功率單元電路
6個功率單元在逆變側串聯成一相，將每個功率單元輸出的電平相疊加，再配以動態分配技術和適當的控制算法，在輸出側得到一組逼近正弦波的階梯波，與低壓變頻器采用的單純PWM方式相比，輸出的dv/dt非常低，波形本質與正弦波的擬合程度非常好，再配以優化的PWM控制，使輸出諧波大為降低。由于這種波形正弦度好，du/dt小，可減小對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器，輸出電纜長度幾乎不受限制，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減少了軸承和葉片的機械應力。
