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一、引言

在节能降耗、保护环境作为国家工作重点的大环境下，最有效的节能产品之一——高压变频器，应用越来越广泛。但随着高压变频器的应用广度和深度都得到不断强化，变频器在高温、高湿、高粉尘、高腐蚀、高电磁噪声、振动等恶劣条件下的节能应用需求日益增多，这就更加凸显了高压变频器在恶劣环境下的稳定性、持久性以及操作的便捷性、灵活性和安全性的重要程度。

二、 人、机、环境之间相互作用关系

1.运行环境对高压变频器的影响

据一份美国军方公布的电气环境对电子设备安全的评估报告中显示：在设备故障原因的调查分析中，80%是由于设备运行环境因素所致，其中温度原因占55%、湿度25%、粉尘影响12%、振动和电磁噪声13%；由于电路设计和元器件质量问题引发设备故障的只有20%。由此可见，环境对电气设备安全的影响程度可窥一斑。

⑴ 温度对高压变频器的影响

①高压变频器的核心元件IGBT与温度之间的关系，如图1所示。

图1 IGBT模块功率循环寿命曲线

由上图可以看出，IGBT模块的循环寿命随着温度的增加急剧减少，因此尽可能降低高压变频器的工作温度能够大大延长IGBT模块的循环寿命。

②变频器一般是采用电解电容作为整流滤波器，所以电解电容的寿命关系到高压变频器的运行稳定性，图2为电解电容寿命与温度的关系。

图2变频器用滤波电解电容器的寿命与环境温度的关系

从图中可以看到，当电解电容器在额定电流值下工作时，当工作温度为55℃时，寿命为20000小时；当工作温度为75℃时，寿命为5000小时；当工作温度为85℃时，寿命仅为2000小时（不足三个月）——这还是排除了浪涌电流冲击的因素。由此可见温度升高对电解电容的寿命影响非常大。

由以上两点可见，普通高压变频器在高温下运行会大大缩减它的寿命。

⑵ 其他因素对高压变频器的影响

①湿度太高且湿度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。

②在冶金和水泥行业中产生的粉尘不仅影响散热，而且还有个别厂家的粉尘有导电作用。

③如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。

④雷击或浪涌电流会使触点击穿、烧损或粘结，从而造成误导通或丧失功能。

2.用户管理过程中容易出现的问题

⑴ 控制面板操作复杂，参数设置等工作只有专业的工程师才能管理控制。

⑵电机与操作室距离较远，不便于用户的控制和监视。

⑶ 某些参数需要保护，非专业人员容易操作失误。

⑷ 当任意单元发生故障或损坏时，需要停机维修，影响发电需要。

⑸ 变频-工频切换时，会出现变频炸机或空开跳闸的现象。

三、国电四维高压变频器应对方案

我们改变不了环境，但可以改变产品。国电四维本着“精于芯，简于型”的设计理念，从用户角度出发，充分考虑到在高压变频器应用过程中用户可能面对的问题，尽最大可能在设计阶段使这些问题得到解决。

1.高压变频器运行环境应对方案

温度——采用最新推出的第四代高性能大功率IGBT器件，耐功率、热循环能力，抗电流、电压尖峰冲击能力明显提高。更适合大功率变频器和电气化牵引领域等可靠性要求较高的应用场合。

风速决定散热效果，一般产品在单元体的风速是3米/秒，工作环境温度最高不超过40℃。通过完善的仿真系统实验和科学的流体力学设计，国电四维的产品的风速在单元体可达6～9米/秒，工作环境温度最高可在45～50℃间。这就意味着，即便没有空调制冷，我们的产品也能在很多的场合良好运行。其意义在于：减少投资、减少能耗、进一步提高可靠性。

湿度——自动除尘除潮。粉尘和潮气是开机故障率高的重要原因。在停机状态下，根据数据监测，可独立运行冷却风机，自动除尘除潮，大大提高开机成功率。并且环境湿度在95%以下无凝结；采用除湿设备和湿度控制技术，可以长期承受95%以上环境湿度条件。

粉尘——设备环境密闭与外界隔离。

粉尘自动回收。采用独特的悬挂式半开放单元结构，粉尘不会跌落和附结在单元体内，并在整机的底部装置了可卸载的粉尘回收器皿，解决了长期困扰并影响产品品质的粉尘问题。

电磁干扰——采用封闭的金属外壳和独立的接地系统，控制柜与功率单元柜之间全部采用光纤通讯，允许设备在强干扰环境下运行。

浪涌电流——采用独创的预充电技术，有效控制电容的充电速度，减少合闸冲击，提高电容使用寿命，增强变频器可靠性。

三防——变频器箱体采用除锈、表面钝化方式处理，并和线路板的表面都采用了三防涂料。

2．用户管理问题应对方案

⑴ 国电四维高压变频器，采用触摸屏作为可视化人机界面，通过串口与控制器通讯，触摸屏图文并茂的显示变频器状态和参数，现场操作人员只需用手指轻轻触摸屏上的图形或文字，就能轻易的实现对参数的操作和修改控制，如图3所示。

图3 主控画面（其中状态指示灯“●”表示“是”状态，“○”表示“否”状态。）

⑵ 为了方便用户，国电四维高压变频器除了能够就地完成调试、设定、运行等操作并进行监测，还可以通过计算机进行远程监控，如图4、图5所示。

图4 用户控制项目

图5 用户监视项目

⑶ 为了保证操作的安全性，国电四维高压变频器实行分三级权限管理原则，即现场操作人员，工程师和厂家分级管理，以此保证高压变频器能够安全、稳定的运行。

⑷独有的技术能够实现N-1满载运行，当任意一功率单元发生故障或损坏时，能保证变频器不停机且连续额定运行，不影响电能质量和变频调节品质。

⑸ 精确的电机频率、相位锁定功能，实现负载变频-工频自由无扰切换。

四、总结

北京国电四维清洁能源技术有限公司以“全面实现人•机•环境的和谐合一”为产品的生产理念，使我公司产品做到了以下四点：

与经常掉电、闪变、波动的电网和谐合一

与恶劣的、充满着粉尘与潮气的环境和谐合一

与闪电、雷击等自然灾害现象和谐合一

与电磁坏干扰、浪涌电流和误作业等形形色色的失控现象和谐合一

除此之外，国电四维高压变频器还具备以下特点：

产品使用国电四维开发的一种崭新的超大规模集成芯片，即“双核四维芯” （DSP算法硬核+并发控制硬核），单芯片即可完成诸如高压变频、超大功率太阳能并网逆变器的空间矢量控制等复杂算法，简化系统硬件设计，提高可靠性，满足控制数据高速并行处理的需要。

全信号光纤直接驱动和驱动保护电路模块化。（国电四维每个功率单元4根驱动光纤，许多同类厂家只采用1根驱动光纤）功率单元内取消了易受干扰的单片机或其他任何形式的CPU器件，采用光纤直接驱动，解决了程序干扰、通讯误码等问题，提高了单元抗干扰能力和运行可靠性。

采用紧凑型嵌入式结构，使外观更加流畅，优化的风道设计将冷却效果显著提高。同等功率体积比国内外相同产品小30%～50%。

特有的低压检测模式，在变频器安装调试或工频旁路运行情况下，可以对变频器进行调试或检修维护。

双频制动功能，可用于要求准确停车的控制场合或变频器启动前对由外力引起的电动机自由旋转（如风机）的制动。

革命性的能量再生技术，其核心概念是：把由环境因素造成的设备死亡状态变为极其短暂的休眠状态，在这一短暂的过程中注入新的能量，以激活处于休眠状态的设备，确保设备不停机，而这一过程时间仅为毫秒级，极大提高了生产系统的效益。

最完美的频率曲线。一般产品预先提供了4～8个频率曲线，以期得到较好的节电效果。而变频的最完美的频率曲线是与现场的负载特性曲线相一致，这样的频率曲线的节电效果最高（约高出3个百分点）。基于提高变频的节电率，我们研发出了无极频率曲线，也就是说，现场设备调试时，有无限的频率曲线可供选择，直至找到与现场负载特性曲线完全相一致的频率曲线。

永不死机。产品采用目前世界最潮流的大功率超级芯片技术，避免单元芯片程序繁杂而死机的情况发生。我们目前是国内唯一采用这一技术的厂家。

整机性高效率。可实现整机运输，整机投运。无需单元单独运输单独安装单独调试。同时由于采用了独特的单元悬挂技术，避免了运输过程中振动对产品品质的影响，极大提高了设备的一次性投运成功率。

在全球环境不断恶化的今天，以我们的力量暂时抑制不了日益恶化的生态环境，但我们能做到的是不断研究更新我们公司的产品。国电四维一直致力于制造人、机、环境和谐合一的高压变频器，希望能够给在节能环保方面有需求的企业提供一个更好的选择！