工業光纖在高壓變頻器中的應用

背景

在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業廣泛應用的泵類負載，占整個用電設備能耗的40%左右，電費在自來水廠甚至占制水成本的50%。這是因為：一方面，設備在設計時，通常都留有一定的余量；另一方面，由于工況的變化，需要泵機輸出不同的流量。

隨著市場經濟的發展和自動化，智能化程度的提高，采用高壓變頻器對泵類負載進行速度控制，不但對改進工藝、提高產品質量有好處，又是節能和設備經濟運行的要求，是可持續發展的必然趨勢。對泵類負載進行調速控制的好處甚多。從應用實例看，大多已取得了較好的效果(有的節能高達30%-40%)，大幅度降低了自來水廠的制水成本，提高了自動化程度，且有利于泵機和管網的降壓運行，減少了滲漏、爆管，可延長設備使用壽命。

高壓變頻系統

圖1 高壓變頻圖框

單元串聯多電平PWM電壓源型變頻器，采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，該變頻器對電網諧波污染小，諧波輸入電流很低，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置。如以6kV的輸出電壓等級為例，如圖2，電網電壓經過二次側多重化的隔離變壓器降壓后向功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交一直一交PWM電源型逆變器結構。將相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y聯結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。

圖2 6KV變頻器電路拓撲結構圖

圖3 功率單元原理圖

工業光纖的應用

在高壓變頻系統中，我們認識到在控制單元柜部分的信號主要是弱電，但整個系統工作環境較為惡劣、傳輸距離不確定（較遠），存在各種高壓電信號。如果采用純粹的銅線進行傳輸，則需要面臨各種干擾、升壓、降壓、損耗大、易腐蝕等問題，從而導致可靠性低、實用性低、資源浪費等結果。采用工業光纖則很好的解決上面的各種問題，所以光纖通信必然會成為以后通信的主要方式。系統信號傳輸示意圖：

圖4 光纖傳輸示意圖

工業光纖通過將電信號轉變為光信號的這個方式，解決了采用銅線傳輸中的變壓、損耗、干擾等問題，其主要應用在控制柜和變頻功率單元柜的的通信。