高压变频器的可靠性分析与对策精选文档.ppt

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1、高压变频器的可靠性分析与对策本讲稿第一页，共八十四页HVF高压变频调速器 低压变频技术突破 上世纪八十年代，绝缘栅型双极晶体管（IGBT）问世，使低电压的交流电机变频调速获长足发展。九十年代末全世界进入低电压变频器商业化应用阶段。人们自然想到，同样的原理应用到高压电机调速是否可行呢？问者可能没有想到，这是一个“石破天惊”的问题。本讲稿第二页，共八十四页HVF高压变频调速器 “高压”可照搬“低压”？低压变频器所用的元件IGBT所能耐受的电压是1200V至1800V，电压再高元件就会损坏。按照低压变频器所用的原理和电路，高压变频器所需的元件耐压是两万伏特以上，期待这种元件是不现实的。本讲稿第三页，

2、共八十四页HVF高压变频调速器 紧赶赶上狼 慢赶狼赶上如果是业内人士，你可能脱口而出：把二十个低耐压元件串联就够了！很对，这是电力电子行业的经典做法。事实上许多大型国际性电气公司和我国的研究院所都做了大量的工作，证明这是一个代价极高的方案。二十个棒小伙子，个子一样高，肩扛一根铁轨走在平坦的路上，每个人的负重能力是一百公斤，铁轨重两千公斤，有人指挥并且安排好左右腿交替方案。这种只有理论意义的设想，我们不敢将他付诸实际。如果一个小伙打个趔趄，就会压垮全部小伙。但我们必须说明，这个设想的可行性高于二十个低耐压元件串联。本讲稿第四页，共八十四页HVF高压变频调速器 逞强自己被击垮 偷懒会击垮别人 先考

3、察一个静态的情况：二十个棒小伙子肩扛一根铁轨站在平坦的路面。要求肩一样高，不许偷懒和逞强。二十个低耐压元件串联起来共同承受两万四千伏特的电压。每个分担一千二百伏电压，不可多担也不可少担。多担自己会击垮，少担会击垮别人。怎样才能不多担也不少担呢？要求每个元件自身的“内阻”一致。内阻类似小伙子们的素质。本讲稿第五页，共八十四页HVF高压变频调速器 动态的情况：二十个棒小伙子肩扛一根铁轨站在平坦的路面，然后协调一致的把铁轨“撂”在路面上。少顷，重新协调一致“扛”到肩上。二十个低耐压元件串联起来共同承受两万四千伏特的电压。每个分担一千二百伏电压，不可多担也不可少担。然后，在统一的时间，各元件变阻抗为导

4、通，变的速度要一致，变得快击垮别人，变的慢击垮自己。同样，少顷，由导通变为阻抗时，变的速度要一致，“扛”得快击垮自己，“扛”的慢击垮别人。怎样才能变的不快也不慢呢？要求每个元件的“内部电容”一致。这类似于小伙子们的敏捷程度。“扛”得快击垮自己，“扛”的慢击垮别人；“撂”得快击垮别人，“撂”的慢击垮自己。本讲稿第六页，共八十四页HVF高压变频调速器 老化问题 元件从出炉到不断使用，性能会有所改变，经过一段时间后逐渐稳定下来。称为“老化”。就像小伙子们工作一段时间后表现出不同的心理和身体素质，需要调整工作团队。而元件进行这样的调整成本就太高了。通常是牺牲一些有效工作寿命，老化完成后选配组合。本讲稿

5、第七页，共八十四页HVF高压变频调速器 批次问题 通常同一批次的元件具有相近的参数，我们可以预留同批次元件作为更换备件，也意味着设备的高昂价格。本讲稿第八页，共八十四页HVF高压变频调速器 若忽略元件问题,“高压”可照搬“低压”？即使忽略元件问题，“高压”也不可照搬“低压”！又将面临高压变频技术的另一座高山谐波。本讲稿第九页，共八十四页HVF高压变频调速器 什么是谐波？现实中的波形是由基波和谐波合成的，对拖动电机起正面作用的是基波。谐波频率比基波频率高若干倍。可以想象，基波推动电机向前时，谐波以较高的频率一下向前、一下向后的作用电机，在很短的时间里推了一下又拉了一下，相当于在基波上叠加了一个震

6、动。谐波还会带来额外的发热。我们不希望谐波出现，但如影随形，总是困扰着我们。如果“高压”照搬“低压”谐波将是无法承受之痛。谐波带来什么危害？本讲稿第十页，共八十四页HVF高压变频调速器电子云 原子由原子核、电子组成，电子围绕原子核高速运转形成球形的电子云，原子核与电子云的重心是重合的。当加上一个直流（左边正、右边负）电场之后，球形就变成了橄榄球形。原子核偏向了负电极（右），电子云偏向了正电极（左）。电场反过来（左负右正），原子核偏向左，电子云偏向右。本讲稿第十一页，共八十四页HVF高压变频调速器 微波炉 如果电场交变起来，就是微波炉的原理。原子核与电子云相向对冲，一会向左一会向右，交变电场频率

7、越高、摩擦越重、发热越甚，加热食品很是有效。但这个交变电场加到电机上，电机和电缆的绝缘物就被“烧熟”了，电机和电缆很快就坏了。本讲稿第十二页，共八十四页HVF高压变频调速器 臭氧发生器 如果这个交变电场中有空气就更严重了。其中的氧气会转化为臭氧。在原子核与电子云的摩擦中，三个O2变成两个O3。更令人瞠目结舌的是：电机有散热风扇，不断的将O2喂进来，将转化后的O3扇出去。电机成了效率极高的臭氧发生器。少量的臭氧可杀菌，清新空气，浓度高了就成了杀手。强氧化性，导致呼吸道和其他组织溃疡，我国劳动卫生法中对此有严格规定。本讲稿第十三页，共八十四页HVF高压变频调速器 电机线圈发热 前面提到，谐波在很短

8、的时间里把电机推一下又拉一下，没有起到正面作用，又增加了震动。且这个能量要在电机线圈中转化为热，减少电机寿命。这是谐波的又一“贡献”。本讲稿第十四页，共八十四页HVF高压变频调速器再忽略谐波，“高压”可照搬“低压”否？仍然不可！低压变频技术原理 中采用脉冲宽度调制（PWM），元件开关次数太高。本讲稿第十五页，共八十四页HVF高压变频调速器 元件发热 元件希望导通时不承受电压；截止时不通过电流。这样电压乘电流为零，元件损耗很小。事实上元件不可能理想，有几个微秒功耗是很大的。比如一百安培乘五百伏特，达五十千瓦。这仅为一个元件的损耗。开关次数（频率）高到一定程度，将无法将产生的热散发出去，无法输出有

9、用的功率，元件将很快烧毁。本讲稿第十六页，共八十四页HVF高压变频调速器 元件寿命 即使没有元件发热的问题，开关次数（频率）高也要直面寿命问题。元件的材质是硅材料，属脆性，达疲劳极限就会损坏。开关次数差一百倍，寿命也差一百倍。本讲稿第十七页，共八十四页HVF高压变频调速器“经变压器降压，低压变频，再经变压器升压”可否？西门子公司早期就是这一“高-低-高”方案。过渡性的满足了社会需求。存在的问题也很明显。本讲稿第十八页，共八十四页HVF高压变频调速器 损耗大二百二十五倍 就像高压输电损耗较小，采用高压电机也是为了减小损耗。如果又有了低压环节，比如将六千伏降为四百伏，要保持同样功率电流就要高十五倍

10、，损耗是十五的平方倍。本讲稿第十九页，共八十四页HVF高压变频调速器 前后变压器的麻烦 放大谐波，增加损耗。除元件不必串联外，其他问题无一不在。本讲稿第二十页，共八十四页HVF高压变频调速器 总结 我们总结一下：希望存在一种方案：1、采用低耐压、参数正常分布元件。2、谐波很低。3、开关次数很低。4、无功耗加大环节。本讲稿第二十一页，共八十四页HVF高压变频调速器 选个对手 高压变频项目有四座大山，我应该从哪下手呢？采用普通元件的原理线路应该最关键。先试试再说。不知道发明学老师怎么说，我的做法是：如果这个条路走不通，另外三条路要分别试探一下。多角度试探，为了触发灵感。本讲稿第二十二页，共八十四页

11、HVF高压变频调速器 触类旁通 就像前面描述的，我通常要将选定的难题与一个自然中存在的类似的现象联系起来。看看类似的情况别人是怎样解决的，或可以怎样解决。普通元件串联就像普通的小伙子扛铁轨。几十个性情不一、素质不一的小伙子，同步扛起、放下一整根铁轨确实不易，怎样就容易了呢？苦恼了很多天。有一天，平平常常，脑中无望的唠叨：要是各自扛起一小段就好了！一小段就好了！把整根铁轨截成小段？本讲稿第二十三页，共八十四页 HVF 高压变频调速器铁轨代表什么？本讲稿第二十四页，共八十四页HVF高压变频调速器 铁轨代表什么？头脑中像打了一个雷，我追问自己，这意味着什么？这意味着什么？一人一小段就不必心理、身体素

12、质一致，不必同步训练，可以独立完成作业。小伙子是元件，铁轨是什么？小段铁轨代表什么？几十段铁轨代表什么？整根铁轨代表什么？需要整根铁轨时怎么办？怎么接起来？一定有名堂！非想明白不可。本讲稿第二十五页，共八十四页HVF高压变频调速器铁轨代表什么？铁轨代表电源，整根铁轨代表整个电源，小段铁轨代表一个分立的、独立的电源。许多独立电源合起来形成整个电源。开关元件导通时，独立电源被接入。开关元件关断时，独立电源被移走。这个开关元件就只承受这个独立电源的电压，这个开关元件的导通和关断也不影响其他的开关元件。本讲稿第二十六页，共八十四页HVF高压变频调速器高压变频器最基本的元素 很快就画出了单元电路图，细长

13、线、粗短线电池符号代表独立电源，串上开关，旁边并上一个二极管，方向同电源，开关断时二极管导通，给别的单元提供通路。这个简单电路被专家认定是高压变频器最基本的元素，虽然只能完成直流功能，但其他的事情已经不难了。本讲稿第二十七页，共八十四页HVF高压变频调速器 堆波 不怕开关时间不一致了，得寸进尺，故意让各开关有早有晚，瞄着正弦曲线摆开关时间，确定工作波形。当时时兴一种“堆跟”的高跟鞋，工作波形很像那个“堆跟”，大家说：就叫“堆波”吧。除了像堆跟，也像截去顶的金字塔。问题来了，明显看出堆波中上部台阶较窄，下部台阶较宽。工作起来各单元贡献不一，温升也会不一致。苦乐不均整机会降低寿命。总不能设计成有的

14、单元大,有的单元小吧?那样就无法互换了。后来听说，有的公司还真是那样干了。本讲稿第二十八页，共八十四页HVF高压变频调速器 FIRO和FIFO 研发团队中的才子们很快指出将FIRO（先入后出）改为FIFO（先入先出）即可。堆波中下部台阶较宽，是因为这个单元开关通的早、关的晚。可以改成通的早的，关的也早。通的晚的，关的也晚。即先入后出改为先入先出。画出图来，一量宽度，乐了。都干别的去了，很长时间没人问它。本讲稿第二十九页，共八十四页HVF高压变频调速器 还是苦乐不均 经过较长的一段时间，现场运行数据出来了：取电电流谐波高，单元温升不一致，单元母线电压波动不一致（原因后面再解释）。说明各单元还是苦

15、乐不均，这下给大家打懵了。大量FIRO模式和FIFO模式实验表明，两种模式的温升发生了有趣的互换，原来高的变低了，原来低的变高了。因为FIRO和FIFO前半部是一样的，关键在后半部，即谁关的晚谁功耗大。本讲稿第三十页，共八十四页HVF高压变频调速器 功率因数的作用 原来我们忽略了功率因数的作用。电流滞后电压，在电压堆波的前坡阶段电流很小，谁早通谁晚通功耗差不了多少。而在电压堆波的后坡阶段电流达到峰值，早关比晚关“安逸”很多。不能设计成各单元同时关断，波形太难看了，齐刷刷的，谐波太大，怎么办呢？本讲稿第三十一页，共八十四页HVF高压变频调速器 换位 忘了过程，总而言之找到了理想方法。以八个单元为

16、例，1、2、3、4、5、6、7、8围成一圈作换位子游戏。每周期换一次位置。转换八个位置，周而复始。功耗平均了，但有小的周期性波动。本讲稿第三十二页，共八十四页HVF高压变频调速器“优化换位”改进为1、4、7、2、5、8、3、6、换位方案。称为“优化换位”。“优化换位”可以保证更小的功耗波动。本讲稿第三十三页，共八十四页HVF高压变频调速器一加一等于二，三减一也等于二。这一章要说波形变换的事情，波形变换也称“调制”是电力电子和通信专业的说法，“调幅波”、“调频波”大家有印象。第一章提到的脉冲宽度调制PWM,就是一种调制方法。本讲稿第三十四页，共八十四页HVF高压变频调速器 整体PWM PWM有定

17、宽调频和定频调宽两种方式。前者导通宽度固定，调整截止的宽度，后者导通加截止的宽度固定，调整导通的宽度。电力电子行业采用PWM是为了用方波来近似正弦波，这个方波的宽度是按照正弦波的规律变化的。如果你知道一点调频广播，就不难明白PWM。如果有八个单元，每个单元电压500伏，串联起来4000伏，组成宽度按正弦规律变化的方波。就成为整体PWM。整体PWM是“空心”的本讲稿第三十五页，共八十四页HVF高压变频调速器部分PWM 如果在堆波的基础上，叠加小的PWM，成为部分PWM。部分PWM是“顶花带刺”的。本讲稿第三十六页，共八十四页HVF高压变频调速器为何“空心”“带刺”为了连续的调节相电压，保证输出线

18、电压连续调制变化。如果没有“空心”“带刺”相电压无法连续调节。本讲稿第三十七页，共八十四页HVF高压变频调速器三相电知识 三个相电压幅值相等，相位相隔120度。线电压是两个相电压的向量差，幅值是相电压的3倍。本讲稿第三十八页，共八十四页HVF高压变频调速器 理论突破 传统理论中把目标与手段作了僵化的固定。输出波形需要严格确定，实现手段不必拘泥。俗话说条条道路通罗马，一加一等于二，三减一也等于二，实现等于二有无穷多解。不需相电压幅值相等，不需相位总相隔120度，甚至不需相电压是正弦波。本讲稿第三十九页，共八十四页HVF高压变频调速器 提高输出电压 相电压不必是正弦波，我们可以把相电压波形“加胖”

19、，提高有效值。最高线电压峰值是相电压峰值的两倍。本讲稿第四十页，共八十四页HVF高压变频调速器降低输出电压 把单元用满，充分利用阶梯资源。把八个单元全用上，波形“缩瘦”，降低有效值。线电压波形阶梯多、波形美观。本讲稿第四十一页，共八十四页HVF高压变频调速器减少开关次数 靠相电压变胖变瘦调节输出电压，不必“顶花带刺”，最高开关次数仅五十次。比其他调制方法少一百倍。本讲稿第四十二页，共八十四页HVF高压变频调速器热冗余 当某单元故障，安排各相电压变形，保持输出不变。当某单元仅故障一部分时，其它部分仍可贡献力量。比如一个IGBT击穿或断路（此类故障占全部故障90%），会影响半波输出，通过各相配合，

20、另半波可输出，不必全单元退出。热冗余功能除提高了设备可靠性之外，可开发利用元件老化阶段价值。即元件不进行老化，直接进入运行。适当时间后更换缺陷元件。本讲稿第四十三页，共八十四页HVF高压变频调速器 变压器前面提到需要把一个完整电源，切分成许多独立的单元。这个任务是由变压器完成的，移相多副边整流变压器。这种变压器副边较多，一个副边对应一个单元。如果每个输出相八个单元，三相共二十四个单元，就需二十四组副边。本讲稿第四十四页，共八十四页HVF高压变频调速器 移相整流桥和电容的作用下各相电流只在很小的窗口时间流入单元。电容值越大，窗口越小。各单元全在这个小窗口时间取电流，总电流波形就会又窄又高。我们已

21、经知道这是高谐波的形态。我们把各单元的窗口错开一点，总电流的峰值被分散，总电流的窗口被扩展。可推导出当各单元电流一致时，均匀安排各单元窗口，总电流谐波最低。当各单元电流不一致时，确定窗口间隔变得异常复杂。这就是我们十分关注单元输出功率相等的原因本讲稿第四十五页，共八十四页HVF高压变频调速器 绝缘强度关于高压变频器所用变压器各副边之间的绝缘强度，有些文献严重误导了大众。文献作者不是说一套做一套，就是他自己采用了浪费的设计。文献称高压变频器所用变压器各副边之间的绝缘强度，与原副边绝缘强度相等。他没有分清不同输出相，与本输出相的区别。也没有提出相邻副边的概念。本输出相中各相邻副边的绝缘强度仅需50

22、0伏。此一项可节省大量的变压器成本。本讲稿第四十六页，共八十四页HVF高压变频调速器 散热方式早期，高压变频器所用变压器与通用变压器一样，从底部进风，顶部出风。我们想象一个与衣柜相当的立方体，底面积最小，侧面积次之，正面积最大。进深最短，柜宽次之，柜高最长。早期变压器就是从最小面积进风，经过最长距离，从最小面积出风。实测温度发现，变压器底部表温二十度，顶部表温八十度。本讲稿第四十七页，共八十四页HVF高压变频调速器 六度定理工程师们都知道一个“六度定理”，温度升高六度，变压器寿命降低一半。假如设计温度是六十度，六十六度时寿命为十年，七十二度时寿命为五年，七十八度时寿命仅为二点五年。不足二点五年

23、顶部就要损坏了，底部完好也挡不住变压器整机损坏。本讲稿第四十八页，共八十四页HVF高压变频调速器横向通风 我们改进了变压器设计，采用横向通透结构，从最大面积进风，经过最短路径，从最大面积出风。实测表面温度：变压器各点温度从最低五十一度，到最高五十五度。理论分析通风效率提高了十倍以上。本讲稿第四十九页，共八十四页HVF高压变频调速器网架结构及单元墙 在兴高采烈的气氛中有人提出：变压器通风效果这么好，把功率单元也挂在器身上吧！一不做二不休，设计了网架式支架，细密的结构件透着现代气息，又毫不阻拦进出的空气。功率单元插入支架，整齐的布成“单元阵”墙，俨然“军事装备”，透出威严。本讲稿第五十页，共八十四

24、页HVF高压变频调速器 线圈配送变压器属于合同定制产品，成本很大部分在技术协议、需求调查、规划设计、单品材料采购、单品材料边余、特殊要求加工、非常规指导、定向用户保险(因故无法转给别人)、单机运输。可以说变压器生产未进入工业化。我们开创新的模式：完成系列设计；指定公司线圈绕制；线圈配送；铁心配送；用户所在城市组装；经这一番革命性改造，变压器造价降30%。本讲稿第五十一页，共八十四页HVF高压变频调速器线圈新结构传统变压器线圈是这样加工的：在绝缘桶上缠绕初级线圈，完成后加上撑条，再套上一个绝缘桶，这层绝缘桶上加撑条缠绕次级线圈。看这些线圈组件层层叠叠，密密匝匝，通风不利，又浪费材料。新结构是用初

25、级线圈浸渍触媒绝缘树脂，制造一个绝缘桶，在这个桶上加撑条缠绕次级线圈。触媒绝缘树脂系高导热材料。本讲稿第五十二页，共八十四页HVF高压变频调速器 模块变压器通常线圈组件为三个，套入三个铁心柱。组件较大较笨拙，且不利横向通风。根据高压变频器特点改成九个组件（模块）。小巧了许多，结构大为简化。另外我们还开发了无边余料的卷绕铁心，铁心柱中留有散热通孔，铁心重量大为减轻。本讲稿第五十三页，共八十四页HVF高压变频调速器功率单元 功率单元包含整流桥、滤波电容、IGBT、散热器、电源、控制板。可靠性差的易损件被刻意集中在功率单元里。本讲稿第五十四页，共八十四页HVF高压变频调速器 均压电阻取电我们应用了自

26、动控制理论中的负反馈概念，输入电压高的电源多出一些电流，输入电压低的电源少出一些电流，一微秒调节一次，精确的保证了均压。没有了均压电阻，没有了功耗，降低了温升。本讲稿第五十五页，共八十四页HVF高压变频调速器 可靠性可靠性是个大学问，很多人、很多技术、很多产品，都栽在这可靠性上。对可靠性要求最高的，首推关乎人命的装备。人们对高压变频器的要求是：不可因自身故障突然停机，导致工作系统中断,产生进一步的经济损失。比如冶金行业的高炉风机，工作时用风力托举炉料，突然停机会导致炉料下落，造成高炉损坏。但因提高可靠性使价格升高到不经济的地步，也会失去它的推广价值。高压变频器中变压器、导线、开关、机柜、支撑件

27、属耐用部件，通讯总线、传感器、控制器、风扇属关注部件，功率单元属易损部件。本讲稿第五十六页，共八十四页HVF高压变频调速器 理论上的可靠性如果评价一个部件的可靠性，可以推导出它的理论值。俗称“算出来的”。把组成部件的各个元件可靠性百分数相乘即得部件可靠性。同样，组成整机的各部件可靠性百分数相乘即得整机可靠性。本讲稿第五十七页，共八十四页HVF高压变频调速器 理论上的可靠性实测可以验证计算值的准确性。当发现某整机实测值与计算值不符，可能元件可靠性取值不当，可能忽略了某些因素，也可能试品较少没达到统计学所要求的数量。但是，理论的分析仍然是重要的。他使我们在可靠性的道路上有方向感。比如，功率单元部件

28、可靠性为A，二十四个功率单元部件集合可靠性为二十四个A相乘。二十四个功率单元中任意一个单元故障不影响运行可靠性又是多少呢？本讲稿第五十八页，共八十四页HVF高压变频调速器提高可靠性有两种途径，加强和冗余。本讲稿第五十九页，共八十四页HVF高压变频调速器加强 我曾与一位低压变频器公司总工有过一次交谈。我请他们把产品可靠性提高一倍，无故障时间从五千小时提高到一万小时。他考虑了一会告诉我：从五千小时提高到六千小时成本就要提高一倍。并且六千小时到期后，下一个六千小时这批产品就都不能用了，其中的元件也不能利用。我和这位总工都认为，这样的产品，只有不计经济代价的用户才会选用。对工业用户是不合适的。在高压变

29、频器开发中走可靠性加强道路是没有前途的。本讲稿第六十页，共八十四页HVF高压变频调速器冗余 应理解为有益的繁复，我们的身体就是一个高度冗余的系统。政治和军事也多构建成冗余的组织。我国的航天工程也是应用冗余技术的典范。当某个子系统故障时，包括各种故障状态，其他子系统1、完全代替它；2、部分代替它；3、降低要求后代替它。比如我们每相八个单元，增加一个备用单元，变为每相九个单元构成冗余系统。备用单元随时准备代替故障单元。本讲稿第六十一页，共八十四页HVF高压变频调速器 冷、温、热备用单元静静的等待，是早期的备用方法。有两个缺点，一是没有利用备用单元使用价值；二是备用一段时间后，不知它是否处于完好状态

30、。对比不通电的状态称冷备份，此类备份只能称为温备份。本讲稿第六十二页，共八十四页HVF高压变频调速器真正热备份 真正热备份有三种：一是备份单元参与换位；把“1、2、3、4、5、6、7、8”循环换位，变为“1、2、3、4、5、6、7、8、备”换位。当出现故障单元时，代替故障单元，恢复原换位。二是把八阶梯堆波改为九阶梯堆波，进一步提高利用率。当出现故障单元时，按热冗余方法变换。三是不设备份单元，仍为八阶梯，当出现故障单元时，按热冗余方法变换。现在大多数产品采用第三种方法。本讲稿第六十三页，共八十四页HVF高压变频调速器可观测性 如果一台设备关上柜门后，发生的一切外界全然不知，就称不具可观测性。特别

31、是电子设备，不关门你也看不见发生了什么。要安排一些检测点，用仪器测量，我们就把握了设备的一些状态。但这是设备研发期间的做法，我们追求的是产品运行期间的可观测性。在一些重要的观测点，用传感器检测数字或模拟的量值。要把设备整体和局部的状态及时的反映出来，并且配合一些声光告警和提示。本讲稿第六十四页，共八十四页HVF高压变频调速器可靠性两大法宝 冗余和可观测性是可靠性的两大法宝，缺一不可。仅冗余无可观测性，冗余资源用尽设备依然故障，或备份替换不及时。仅可观测性无冗余，明知后果难为“无米之炊”。本讲稿第六十五页，共八十四页HVF高压变频调速器热插拔 源自计算机技术，用于更换故障配件。由几个环节标准：1

32、、配件故障不影响整机运行(除该配件功能)；2、拔下配件过程不影响整机运行(除该配件功能)；3、拔下配件后不影响整机运行(除该配件功能)；4、插上新配件过程不影响整机运行(除该配件功能)；5、插上新配件后不影响整机运行，且该配件功能恢复。无疑，高压变频器采用热插拔技术会极大提高整机可靠性，我们曾大力推进研发。为便于插拔设计了旋进式结构；后接先离的电源触头；专用插拔工具;旁路单元;操作规程；动作标准等。并在一个用户现场进行插拔试验。遇到我国法律和制度障碍：高电压设备不冗许带电作业。该研究无疾而终。本讲稿第六十六页，共八十四页HVF高压变频调速器 预前技术部件寿命结束前是有征兆的，比如散热风扇接近寿

33、命期时震动会加大；IGBT元件接近寿命期管压降（元件导通时在两端测得的电压）会上升；电解电容接近寿命期电容量会下降。但震动大到什么程度、管压降升高到多少、电容量下降为几何可以判定进入损坏前阶段。这就是预前技术研究的内容。这是一个以统计学为研究方法的技术。它需要大量的数据，得出概率型的结果。比如十小时后损坏概率为50%，一百小时后损坏概率为70%，五百小时后损坏概率为90%，。这些数据来自大量数据统计和数学分析，并且不断刷新着研究成果。本讲稿第六十七页，共八十四页HVF高压变频调速器 现场总装通常设备总装安排在制造厂，最重要的原因是需要进行整机检验，但我国的国家标准变频器总技术条件并不要求进行整

34、机的全负荷试验，电气设备制造公司的电力容量标准一般为500千伏安，这个容量小于多数变频器规格。总装起来只为了做一下空载试验，造成极大的浪费，弊大于利。整机运输运费高，因为占了较大的体积，并且不符合安全质量规定。比如较重的真空接触器挂在电气梁上，一路颠簸到现场谁也不敢保证性能完好。标准是将配件拆下，装入原包装，按配件厂家要求运输。设备装一回又拆一回，到现场又装一回，此时做过的空载试验还有多大作用是很值得怀疑。我们主张取消制造厂总装，到现场进行。本讲稿第六十八页，共八十四页HVF高压变频调速器客户现场人员是最好的服务力量 本讲稿第六十九页，共八十四页HVF高压变频调速器 出售实验数据当我们监测配件

35、状态，为设备可靠性不懈努力时，产生了有价值的副产品。从配件启用、经过老化期、直至损坏，全过程被我们的预前系统掌握，这些信息是配件制造厂难得的数据，可揭示提高产品质量的途径，应出售给配件制造厂。本讲稿第七十页，共八十四页HVF高压变频调速器 空气滤层这是一个最容易被业内忽视的问题，空气中的大量灰尘会吸附在器件上、印制线路板上。如果没有水分还好一点，灰尘厚度会稳定下来。但不幸的是外界空气中的水分会不断的吸进来，加入灰尘中。就像盖被子，一层又一层。这样由于散热不利，发热和散热平衡点提升，器件温度高过使用标准就会损坏。因此一个好的空气滤层设计就成了关键问题。空气滤层并不陌生，吸尘器滤层和汽车空气滤清器

36、滤芯大家都见过。设计原则是进风面积要大，网孔要小。在进风面增加一些凹凸会加大进风面积，极端情况是类似动物的毛发。另外要便于清洗重复使用。本讲稿第七十一页，共八十四页HVF高压变频调速器 户外型环境防护等级主要关注灰尘和水，IP00表示无防护，IP87表示最高防护，此一等级设备可长期潜入水下工作。但高等级防护意味着成本“天价”。我们考察了社会、仿生、各个方面，希望借鉴相关行业的成熟技术。煤矿电气设备有较高的防护等级，但偏重于对可燃性气体的防护。什么行业的技术更适合我们呢？慢慢的一幅画面进入了我们的视野，一艘满载集装箱的远洋巨轮，顶着狂风巨浪，行驶在浩瀚的海洋上。此时集装箱承受着近似IP87的严酷

37、环境，并且附加含盐空气的腐蚀，极大的机械撞击。它是我们最理想的参照对象。本讲稿第七十二页，共八十四页HVF高压变频调速器整机设备信息每个单元都具有一个不重复的ID号，由单元处理器管理。此ID号下记录全部原配件信息，原配件都具有不重复的身份号，由设备档案服务器管理。本讲稿第七十三页，共八十四页HVF高压变频调速器 压频比曲线扫描没有电机拖动理论的深刻理解，和坚实的实践经验，一般用户是不能精确把握的。并且，随着气候变化和工艺改变应随时调整压频曲线，很可能任一条预设曲线都不能适合。压频曲线本意是将三维问题用一系列两维关系解决，事实上影响因素不只三维。真正实用的方法是随时调整压频曲线，或取消压频曲线的

38、概念。我们应用“自学习控制系统”理论，不断的变化电压和频率、主动的寻找多个目标的最佳平衡点，并且纪录全部过程，形成压频控制的新理论。本讲稿第七十四页，共八十四页HVF高压变频调速器 克服共振点电机的“腔”结构和机械运动的特性，若再加以电磁力容易产生共振。由于电机制造厂只考虑在五十赫兹情况下应用，他们做的是要让共振点远离五十赫兹。因为高压电机体积较大，较厚重，共振点多落在三十到四十赫兹。此时如果处理不当，会发生严重的事故。可以推定许多用户是深受其害后拒绝使用这项技术的。更可怕的是共振点还会随工况和年限移动，没有一劳永逸的解决办法。在控制体系中加入克服共振点单元,使结构固有频率、转子转速、电机电流

39、频率尽量拉远，或在相位上有更多的抵消机会。本讲稿第七十五页，共八十四页HVF高压变频调速器 电机绕组不对称电机制造厂只考虑在五十赫兹情况下应用，电机三相绕阻的对称是在五十赫兹情况下保证的。对称是指阻抗相等、相位相差一百二十度。在较低的频率时电机多表现为三相阻抗不对称，如果加以相同的电压，就会产生不对称的电流。按照专业的分析可将不对称的电流分解成一个正序电流，一个负序电流，一个零序电流。正序电流推动电机，负序电流阻止电机。零序电流不推也不阻，但在电机绕组中发热。这就是有的用户认为普通电机不适合变频应用的原因。前面提到变频器本身资源不对称，可变换对称。电机绕组不对称，也可通过变频器变换幅值和相位达

40、到输出转矩对称的结果。本讲稿第七十六页，共八十四页HVF高压变频调速器胖服务器瘦用户机现场环境较差，为了高可靠性，通常将现场计算机任务设计的简而又简。而将繁杂的工作交给服务器。两台复杂的计算机并联可以提高可靠性，但两台简单的计算机并联可靠性更高。而服务器更可以采用新概念、新结构。与用户近距离的地区服务器，可以与其他地区服务器互相支援，互相接替。接替协议非常简单，服务器环境又很完善，又有ISP代劳。本讲稿第七十七页，共八十四页HVF高压变频调速器 运行数据浏览什么人需要浏览运行数据呢？设备制造者方面配件供应商，服务承包商。用户方面的设备管理单位、使用单位、维修单位、变频器岗位的“上线”和“下线”

41、、运行数据的开发应用者。本讲稿第七十八页，共八十四页HVF高压变频调速器 运行数据浏览高压变频器的潜在用户，高压变频器的研究、制造单位，业已开放的网络服务提供者，运行数据采购者，与京都议定书接轨的运营单位，政府机构。提供浏览器，根据需求设置不同的权限，提供下载和预定服务，提供压缩、解压、分析、告警、等不断增加的服务项目。本讲稿第七十九页，共八十四页HVF高压变频调速器网络模拟 模拟组装：各地配件商通过此应用交换数据，并且将三维动画图纸进行装配。并化作“密蜂”浏览内部情况。模拟调试：各地部件商通过此应用联网统调，将各地电压、电流、物理量、数据等在互联网上流通。模拟运行：在没有安装高压变频器的现场

42、，与传感器连接，随工况进行高保真模拟。以验证对比节能效果。并可用于人员培训。本讲稿第八十页，共八十四页HVF高压变频调速器 虚拟工厂传统生产方式是：征地、基本建设、人员培训、电力增容、设备安装、运行调试、正式生产。新生产方式：联合询价、开放制造、开放现场安装、开放服务。本讲稿第八十一页，共八十四页HVF高压变频调速器 广义电子商务网络咨询、报价、技术协议、商务合同、联合设计、配件订货、生产调度、网上配件验收、三维动画试装、联合模拟调试、现场安装、网上调试、试运行、网上验收、网上服务。本讲稿第八十二页，共八十四页结束语：结束语：敢为天下先行敢为天下先行HVF高压变频调速器本讲稿第八十三页，共八十四页谢谢！联系地址：北京市朝阳区安定路33号11层 100029电话：010 64447130 传真：010 64411347网址：http:/WWW.SANSING.CN北京先行新机电技术有限责任公司HVF高压变频调速器本讲稿第八十四页，共八十四页