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當前，節能減排已經成為全世界的共識。而隨著工業生產及人們日常生活水平的提高，絕大多數的能源以電能的形式供應，因此，節約電能是節能減排的重要組成部分，并且相比其他能源，電能的節約也最具可操作性。而據統計，電能的70％是用于驅動電動機的，因此，電機尤其是大功率電機的節能是節能減排工作的重中之重。
施耐德電氣的ATV1200高壓變頻器正是順應了節能減排的潮流。它主要用于對高壓大功率的電機進行變頻調速，有著非常廣闊的節能前景。
ATV1200采用了多電平串聯的技術來實現高壓的輸出。這是目前高壓變頻器最成熟的一種技術。如圖1:
圖1 多電平串聯結構
每一相的輸出都是由若干個單元串聯而成，每個單元都是一個三相輸入、單相輸出的變頻器。這種結構有如下的優點：
- 采用了成熟的低壓變頻器技術串聯而成，工作可靠。
- 多個單元的輸入可以由移相變壓器供電構成多脈沖整流，消除對電網的諧波影響。
- 輸出也可以通過對串聯單元的相位控制實現多電平的輸出，以盡量多的電平擬合正弦波。消除PWM波形對電機的影響。
由于這種結構的高壓變頻器對電網和電機都幾乎沒有影響，因此，獲得了最為廣泛的應用。
ATV1200變頻器的輸出有 3/3.3kV、 6/6.6kV、10kV等諸多等級，3kV及3.3kV系列有12個功率單元，每4個功率單元串聯構成一相；6kV系列有15個功率單元，每5個功率單元串聯構成一相；6.6kV系列有18個功率單元，每6個功率單元串聯構成一相；10kV系列有24個功率單元，每8個功率單元串聯構成一相；網側的諧波電流失真THDI<2%;輸出波形非常接近正弦波，如圖2，無須輸出濾波裝置，可接普通電機，對電纜、電機絕緣無損害，電流諧波少，減少軸承、葉片的機械振動，輸出線可以長達2000米。
圖2 ATV1200的輸出波形
整個變頻器由變壓器柜、功率柜、主控柜構成，如圖3：
圖3 ATV1200高壓變頻器的構成
各部分的作用如下：
變壓器柜：裝有移相整流變壓器，為各個功率單元提供交流輸入電壓。
功率柜： 裝有模塊化設計的多個功率單元級聯式的逆變主回路，向電機提供逆變后的可調電壓。
控制柜： 裝有主控部件，控制變頻調速系統的工作并處理采集獲得的數據，具備人機界面各類數據通信接口和現場控制系統接口功能。
ATV1200采用的是多繞組的干式變壓器，絕緣等級為H級，同時裝有溫度檢測裝置，工作可靠，維護簡單。
功率柜中所有功率單元安裝采用滑軌，更換方便快捷；
功率單元同控制系統之間采用光纖連接，抗干擾能力強，強電弱電完全隔離；
功率單元工作在低壓狀態，技術成熟可靠。
控制柜內主要包含控制器、嵌入式人機界面、 PLC、 UPS、報警器、 DC24V電源、控制電源開關、接線端子、操作按鈕等組成。控制器基于DSP， FPGA, CPLD等當代最先進的電子器件構成，運算速度快，工作可靠。PLC和和其他控制器件均來自施耐德電氣旗下的各產品事業部，以性能優異、質量優良而著稱。
人機界面為10英寸的觸摸屏，顯示清晰、操作方便（圖4）。菜單方面保持了ATV系列變頻器一貫的簡易精智的風格。
圖4 ATV1200的人機界面
除了輸出變頻變壓波形驅動高壓電機這一基本功能外，ATV1200還內置了許多有用的功能：
- 旁路切換功能。高壓大功率電機通常處在工藝流程的關鍵部位，絕大多數有連續運行，不許長時間停機的要求。旁路切換功能可以在變頻器發生故障時，將電機切換至電網，以維持電機的持續運行。同時，很多工藝設計中，多個泵會并聯工作提供所需的流體流量，在此情況下，通常客戶希望充分利用變頻起動平滑無沖擊的優點，依此起動各臺泵，并調節其中一臺泵的轉速以應對流量需求的變化。為了確保這種情況下旁路成功并盡量避免對電網和電機的沖擊，ATV1200還提供了同步切換的功能，即跟蹤電網波形的相位，然后控制變頻器輸出電壓的相位，待兩者同步后再進行切換，這樣對電網和電機的沖擊最小。
- 掉電恢復再啟動功能：電網掉電，在設定時間內（系統默認：20秒）電網恢復正常，變頻器可自行啟動，系統可自動計算電機轉速，實現無沖擊再啟動，恢復到原來的工作狀態；
- 飛車捕捉再啟動。如果電機被負載拖動仍在旋轉甚至反轉，變頻器能識別跟蹤電機轉速并拖動負載到設定頻率運行。
- 同步電機變頻調速及自動勵磁控制功能
- 內置PID功能。能根據工藝要求自動針對工藝參數（流量、壓力、溫度）進行控制。
上述功能加上齊全的通訊接口，得ATV1200能非常容易的集成到客戶的生產工藝中去，大大簡化了系統的設計、安裝、調試工作。
許多生產工藝，比如電廠、化工廠中都會用水作為冷卻劑。完成冷卻的水一般會回流收集起來，由其他介質冷卻后再次作為冷卻劑流回去以節約用水。這樣的冷卻過程通常需要由循環水泵來完成冷卻水的循環。如圖8，高溫飽和蒸汽在推動汽輪機葉片做功后，將進入凝氣器，被冷卻、凝結成水后打回鍋爐。凝汽器采用噴淋水來冷卻蒸汽，流過凝汽器的噴淋水將由循環水泵打到冷卻塔中冷卻，然后再次流回凝汽器噴淋蒸汽管道。
圖8
ATV1200高壓變頻器已經被廣泛地運用到各種循環水泵的驅動中。山東某熱電集團采用了一臺6kV輸出的ATV1200驅動800kW的循環水泵，與過去閥門調節相比，節能率高達20％，按此計算每年節約的電費高達100萬元。江蘇某化工公司采用1臺10kV輸出ATV1200驅動450kW的循環水泵，節能率更高達30％，每年節約電費超過80萬元。
在水泥、冶金等行業中，都有粉磨工藝，其作用是將原料磨成超細的粉末以提高原料的使用率。在粉磨工藝中，經過磨輥碾壓、破碎后的物料被高速向上的氣流帶至分離器，粗粉經分離器后返回從新碾壓、破碎；滿足要求的細粉則隨氣流出磨，在系統的收塵裝置中收集下來。這里，一般由大功率的收塵風機來提供強力的上升氣流。收塵器所需風量根據工藝情況（產量及粉的細度）會有所變化。使用變頻器可以代替原有的風門，根據風壓信號對風量進行自動調節。
江蘇某鋼鐵集團的礦渣磨風機，采用了2臺10kV, 3600kW的ATV1200來驅動收塵風機。由于ATV1200內置了PID調節器，上級DCS只需根據工藝情況給出風壓給定信號，ATV1200可以根據風壓反饋信號自動調節風機轉速以維持所需風壓。由于礦渣磨的工藝變化較大，因此節能效果非常明顯，平均達到了34％，每年可節約電費上千萬元。
圖9 PID自動調節風壓
據統計，我國主要工業產品的能源單耗比世界先進水平高出30％～90％。大量的能源消耗既造成了經濟上的極大浪費，同時也因嚴重污染而造成了極大的社會問題。節能減排已成為擺在我國面前亟待解決的實際問題，同時也成為了政府當前的重要工作之一。節能改造在我國有著非常廣闊的前景。而其中，最重要同時也最具可操作性的就是高壓大功率電機的節能。因此，ATV1200必將以其先進的性能，可靠的質量，巨大的節能潛力，在各行各業獲得越來越廣泛的應用。
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