一、 引言
  山东某化工有限公司是山东石化集团公司的下属企业，以重油的生产和销售为主。主要产品包括93#、90#车用无铅汽油，液化气、柴油、焦炭、轻质油、丙烯等；其中高压变频器应用在丙烯车间的循环气压缩机上。

二、 应用环境分析
  工艺流程如图1所示：
 

图1：丙烯收集系统工艺流程图

  在实际应用中，工频时每次启动压缩机都是重载启动，启动起来十分不容易，同时还给工艺上带来很大隐患，比如噪音大，启动电流大，影响设备寿命、压力突变等。另外，由于负载的波动性较大，电机很少在满载情况下运行，仅依靠关出口阀、打回流来调节流量，浪费严重，能耗较高，运行十分不经济。为了解决这一系列问题，通过多方调研，该化工厂决定采用高压变频器对电机进行调速改造。

三、 系统方案提出
1.变频调速原理
  按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
　　n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①
　　式中：P-电机极对数；f-电机运行频率；s-滑差。
　　
  从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情况下比较小（0-0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。

  而改变频率必须改变供电电压，由交流电机成立的电磁关系式：
　　E=4.44fwΦ ………②
　　式中：E-电机电动势，f-定子频率，W-绕组系数，Φ-气隙主磁通。
　　对异步电机调速时，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改变频率时，供电电压也应跟着变化。

2.高压变频器技术路线的选择
  目前，因为功率器件耐压的限制，高压变频器没有像低压变频器一样，有统一的拓扑结构。目前，市场上主流的高压变频器多采用单元串联多电平的拓扑结构，系统结构如图2所示：
 

图2：高压变频器系统结构图

  由于这种结构是利用低压功率器件实现高压，巧妙的避开了电力电子功率器件耐压不足的问题。同时通过前端的移相变压器，实现了多脉冲整流，具有对电网谐波污染小的优点，有些厂家又把这种变频器称为“完美无谐波变频器”。在变频器的内部控制上，利用功率单元输出波形的移相叠加，形成多电平输出电压波形，可以直接适配普通国产异步电机，对电机的绝缘没有特殊要求，并且具有脉动转矩小，无共模电压的明显优点。因为技术成熟，低压功率器件易于采购，因此成为市场上的主流方案。通过全方位的调研，该化工厂确定了英威腾研发、生产的高压变频器CHH100产品。
 

图3：运行中的高压变频器

3. 一次主回路方案
  通过咨询和现场分析，决定采用一拖一手动旁路方案：主回路由负荷开关QF、3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3及高压变频器组成（如图3）。其中要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。高压隔离开关QS1、QS2、SQ3加装电磁锁，电磁锁的操作电源使用QF的辅助触点闭锁。只有当QF断开时，QS1、QS2、SQ3的电磁锁才能得电，可以正常操作。在变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开，变频器得电启动后，电机处于变频运行状态；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开，QF闭合后，电机实现工频直接启动，恢复改造前的运行状态。
 

图4：高压变频器工频旁路原理图