新型绿色节能型变频器开发成功

新型绿色节能型变频器开发成功

New Variable Frequency Drive

西安西普电力电子有限公司 戴政耀 总工

变频器在市场上推广已经超过50年，所有变频器都是PWM型高低高技术（或电压型变频器），也就是将交流转换为直流电压，再由直流电压逆变成交流电压的基本电路拓扑，这种技术大量使用后发现环境污染问题严重，特别是电网谐波污染与射频干扰（无线电干扰）问题严重危及变电所供电稳定性，谐波在电网内到处乱窜导致其他电气设备、无功补偿设备可靠性下降，故障率提高；且因为突波电流导致输入变压器功率因数恶化，铁损增加，温升提高，线圈绝缘恶化，抑制谐波污染是变频器最大的挑战，但是无法有效解决，因为三相全波整流电容平滑电路决定了先天不良。

    IGBT逆变技术导致无线电干扰（EMI）问题严重，车间内自动控制系统随时故障误动作导致废料及停产损失严重，射频干扰影响整个车间供电系统。变频器输出不是正弦波电压导致电机铁损增加发热严重，尖峰电压导致电机绝缘劣化层间短路风险提高，电磁噪音导致环境污染问题严重，PWM变频器是当今污染最严重的电气设备之一。

    PWM变频器的损耗严重，自身半导体损耗约占2-5%，同时电机铁损增加5%左右，输入变压器损耗提高3%左右，而变频器本身需要谐波及射频抑制，常见的是交流电抗器与直流平波电抗器、高频射频抑制器、输出电抗器等设备，这些配件的·损耗各在1-3%左右，因此变频器的效率较低，平均低压变频器有15%运行损耗，高压多电平变频器增加移相变压器（损耗10%以上）有25%的基本损耗。因此PWM变频器无法使用在节能省电用途驱动控制系统。

   西安西普电力电子有限公司总工程师戴政耀曾获得中国变频器启蒙之母称号，变频器生产研究超过40年有余，交流电机节能驱动控制技术获得国家发明专利20+多项，2024年正式推出“绿色节能型变频器”产品，解决了PWM变频器低效率高污染的缺失，替代PWM变频器可以节约25%的流动电费以及35%的基本电费，对国家节能降耗，提高能源利用率具有明显有效的贡献，值得推广应用。

绿色节能型变频器采用交交变频器技术，没有三相全波整流拓扑，因此没有电网谐波问题；采用晶闸管过零关断技术，没有IGBT逆变电路，因此不存在射频干扰、电磁噪音与突波电压等环境污染问题，由于可以工频旁路运行或轻载节能控制，驱动控制系统运行效率最高，特别是利用频繁起停控制流体机械作为流量控制基本达到没有运行损耗，突破传统节能技术局限，节能比率平均提高30%以上。

以下我们提出两种变频器的主要差异分析供大家作初步了解，相关技术资料请查询www.westpow.com网站相关资料介绍。

变频器

变频器种类较多节能效果完全不一样，市面上大部分是低效率高污染的PWM电压型变频器，PWM型变频器无法达到节能减排效果，相反的带来更严重的浪费能源及环境污染问题，值得节能改造用户关注。

PWM电压型变频器低效率高污染

一般PWM变频器主回路                           西普绿色节能型变频器主回路原理图

西普绿色节能型变频器   

    绿色节能型变频器顾名思义就是专门应用在交流电机绿色节能驱动控制与一般PWM变频器具有不同的性能；比较上图两个主回路差异。

1. 没有整流滤波环节，不存在电网谐波污染与尖峰电流问题。

2. 输入端无尖峰电流及谐波可大幅度改善功率因数，而不是PWM变频器劣化功因。

3. 不使用IGBT硬开关技术，不存在电机端产生尖峰电压问题。

4. 没有PWM载波频率，不产生射频无线电干扰以及电机电磁噪音。

5. 输出电压电流为正弦波，电机不会异常发热也不会降低电机运行效率。

6. 最高效率控制技术，轻载节能可提高10%运行效率以及功率因数改善。

7. 损耗为晶闸管压降与运行电流乘积（低于0.5%），不是PWM变频器的15-25%。

8. 不必购买污染防治设备，因为绿色节能环保没有电网环境污染问题。

9. 是PWM变频器最佳节能改造产品，节电率最少可达15-25%以上。

10. 是PWM变频器最合适技术改造产品，完全没有电网环境污染问题。

PWM变频器虽然本身只有3-5%的半导体损耗，必须再加上电机额外损耗以及污染防治设备损耗才是真正的基本运行损耗；从谐波抑制、射频干扰防治、变频器导通及IGBT开关损耗、输出端集肤效应及噪音抑制、电机铁损、尖峰电压防治等整个系统低压约有15%基本运行损耗，高压多电平变频器因为增加移相变压器（损耗最低10%），因此基本运行损耗25%；这就是为什么多电平变频器有十几个柜子组合而且需要空调冷却，外形庞大就可以知道多电平变频器损耗大不节能、器件多成本高、可靠性低故障率高的原因。

西普绿色节能型变频器专有技术（PWM变频器不具备）：

PWM变频器损耗分析：

1. 进线变压器端产生尖峰电流容易热点击穿现象、铁损增加3~8%、功率因数恶化（使用福禄克仪表计入谐波的电流、功率因数数据才会准确）

2. 变频器本身损耗：5-3%（与容量、Fc、负载率、控制技术有关）

3. 三相输入电抗器 2-5%损耗，减少电网谐波污染

4. 直流电抗器 2-3% 减少电网尖峰电流

5. 输入端高频滤波器：1-2% EMI防止无线电干扰

6. 输出端高频滤波器：1-2% EMI防止无线电干扰

7. 输出电抗器 2-3%  降低尖峰电压以及电磁噪音

8. 电机异常发热损耗（与Fc成比例）5-10% 铁损与电压*频率平方成比例

9. 轴承电腐蚀现象（轴承放电）

10. 尖峰电压-请使用福禄克脉冲电压测量才有效，在380V系统电机接线端子可达1000V以上，注意电机线圈绝缘耐压最高只有800V

11. 输出端电缆线集肤效应导致电缆线发热现象，长度与载波频率提高都会加大尖峰电压

PWM变频器点评（没有合格有效的污染防治情况下）

1. 寿命最短的器件是IGBT与滤波平滑电容，处在高温下工作急速老化崩溃。

2. 电机线圈绝缘劣化导致烧毁现象较多是因为尖峰电压太高（与Fc、电机电缆线长度、电动机周围湿度、负载率有正比关系）。

3. 变频器电网谐波严重污染导致输入变压器尖峰电流线圈层间短路风险，损耗增大温升提高，功率因数下降，变压器效率下降。谐波在供电系统内乱串影响电气设备正常寿命而找不到原因。

4. 变频器减少环境污染问题最佳方法是提高污染防治设备容量，但是损耗会再加大。

5. 变频器的功率因数很差而不是很好，因为对非正弦波的功因必须乘上谐波系数，没有合格有效的交直流电抗器就没有良好的功率因数，一般功率因数仪表都是依据正弦波设计，不适用于变频器，电力公司也不买账。

6. 一般钳表、指针电流表测量的电气参数都是虚假数据，一般钳表依据正弦波设计而变频器的波形是由脉冲组成的波形故无法量测，只有新仪表才能解决。

7. 驱动电机不但异常高温（铁损增加）加速电机老化而且有感电现象（人体不能碰触）。

8. 电机电磁噪音导致生产线人员耳背重听现象，噪音污染严重，加大Fc则损耗提高。

9. 配备合格标准的污染防治配件才能避免环境污染问题，但是成本增加运行效率降低。

10. PWM变频器的损耗与污染都是因为交直交技术原理产生，属于先天不良。

11. PWM变频器属于低效-高污染设备，PWM变频器不是绿色节能产品。

12. 大部分变频器供应商不配备合格防治污染配件而推荐客户自行购买，导致用户电气设备、自动控制系统受到EMI、谐波、噪音、异常温升等干扰不能正常工作或损坏，电气维修人员整天疲于奔命，这是产品责任转嫁现象。

13. “调速能够节电”这句话是错误的，关掉电源不是更节电吗？电机减速运行意味着变频器、电机、负载设备全部降低运行效率；请特别注意电气设备效率定义都是额定转速、额定负载运行时最高效率。那么电机降低速度运行意味着减产、电气系统与传动系统每一个设备都要降低运行效率，那么损耗比例相乘结果效率下降惊人。

14. 变频空调到处可见家电广告，PWM变频器属于低效率高污染设备如何节电？要高效节电需要选择绿色节能型变频器才能真正节电。

15. 以上分析是针对变频器驱动控制系统分析，也就是使用变频器必然影响到整个系统，不是只有变频器。