高压风机的变频控制

　　由于高压设备功率较大。其功率可能占到电网容量的相当大一部分，因此其开停机和运行可能对电源电压造成影响。另外，变频器如果输出高次谐波成分过高，会造成电机的过热、产生共模电压和drV山等问题。为实现风机的调速节能运行，并考虑到高压大容量设备的技术要求，本文设计了单元串联型多电平高压风机变频调速系统。

　　3调速系统的结构及功能单元串联多电平电压源型变频器采用若干个低压功率单元串联的方式实现直接高压输出，其结构如所示，采用的变压器为多重化隔离变压器，一次侧输人高压，二次侧输出相互隔离的低压，供给各个功率单元，即图中的各个H桥，系统的三相结构类似。

　　隔离变压器LJ图i单元串联变频器结构每个功率单元都是一个三相输人、单相输出的交一直一交变频器，具有统一的结构，功率单元的结构如所示。

　　每个功率单元分别由输人变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。如采用每相六单元串联的形式，则每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/6的输出相电压和1/18的输出功率；对于6kV的电机系统，每单元输出电压590V可调，频率050Hz可调，从而可实现恒定压频比控制。

　　逆变器部分采用多电平移相脉冲宽度调制（PSPWM）技术，同一相的功率单元输出相同的基波电压，但串联各单元的载波依次错开一定的相位，使叠加出来的是13阶梯的正弦调制波。

　　输出电压非常接近正弦波，且几乎不含有低次谐波。将相邻功率单元的输出端串接起来，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。为6kV电压等级变频器的输出相电压波形，由图可见，波形十分接近正弦波。

　　每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，因而很小。使得电动机绝缘不会受到影响。功率单元采用较低的开关频率。以降低开关损耗，且可以不用浪涌吸收电路，提高变频器的效率。由于采取多电平移相式PWM技术，等效输出开关频率很高，且输出电平数增加，可大大改善输出波形，降低输出谐波，谐波引起的电动机发热。噪声和转矩脉动都大大降低。所以这种变频器对电动机没有特殊的要求，可用于普通的高压电动机，且不必降额使用。由于输出很低，不会产生输出电缆较长时行波反射引起的浪涌电压增加而造成电动机绝缘破坏问题，所以对变频器输出至电动机之间的电缆长度没有特殊限制。

　　与采用高压器件直接串联的变频器相比，采用这种主电路拓扑结构会使器件的数量增加，对于6kV变频器，六单元串联的结构共使用72个低压IGBT，但低压IGBT门极驱动功率较低，其峰值驱动功率不到5W，平均驱动功率不到1W，驱动电路非常简单。由于开关频率很低，且不必采用均压电路和浪涌吸收电路，所以系统在效率方面仍具有较大的优势，满载时，变频器效率可达98.5以上，包括输人变压器和变频器的总体效率一般可高达97*.由于功率单元采用电容滤波的电压源型结构，变频器可以承受30的电源电压下降而继续运行（降额运行），并且在电网瞬时断电5个周期内还能满载运行。功率单元中采用目前低压变频器中广泛使用的低压IGBT功率模块，技术成熟、可靠。

　　由于采用二极管不可控整流电路结构，所以变频器对浪涌电压的承受能力较强，雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器（变压器的阻抗一般为8左右）产生浪涌电流，经过功率单元的整流二极管给滤波电容充电。滤波电容足以吸收进人到单元内的浪涌能量。另外，变压器一次侧安装了压敏电阻浪涌吸收装置。起到进一步保护作用。而一般的电流源型变频器，TheWorldofPowerSupplyJan I工阵I电你I输人阻抗很高，对浪涌电压的吸收效果就远远不如电压源型变频器。

　　功率单元与主控系统之间通过光纤进行通信，以解决强弱电之间的隔离问题和干扰问题。功率单元采用模块化结构、所有的功率单元可以互换，维修也比较方便，每个单元只有3个输人、2个输出电气连接端和一个光纤插头与系统连接，所以功率单元的更换十分方便。采用功率单元自动旁路技术可使变频器在功率单元损坏的情况下继续运行，大大提高系统的可靠性。

　　若采用冗余功率单元设计方案，即使在某个功率单元损坏的情况下，还能满载运行。由于采用二极管整流电路，所以能量不能回馈电网，不能四象限运行，主要应用领域为风机和水泵类负载。

　　4系统组成单元串联型高压风机变频调速系统主要由以下几个部分组成，高压开关切换部分，输人隔离变压器，整流部分，逆变部分，主控单元，主操作台以及其他连接设备，系统框图如所示。

　　调速系统结构框图高压开关切换部分主要由高压隔离开关，熔断器。高压真空接触器以及电压、电流互感器等构成，保证变频器的安全投人与切除。变压器的二次侧相互独立，分别给整流单元供电。整流部分由18组共72只整流管组成，整流滤波后的直流电源给各个逆变单元供电。主控单元中，控制系统硬件包括以80C196KB微机为核心的数字控制电路、电流调节器等模拟控制电路以及可编程控制器等，负责逆变部分的触发控制以及整个系统的保护。通过RS232以及多路I/O口接受来自主操作台的命令，对系统进行控制。此外，该部分配备有键盘和显示单元，能够方便的观察和修改控制器的信息和参数。主操作台设在控制室内供值班人员使用，对系统实施启动、停止、调速等远程控制，并能够监测电压、电流、转速等信号。主操作台的各项动作在主控单元电路面板上也能够实现。通过远程/本地开关的切换。同时，系统可以实现开环和闭环控制，开环控制时可以由人工调节变频调速装置的给定速度来改变电机转速，实现改变风压、风量的目的。闭环控制通过一个检测变送器。将检测到的实际风压和风量转换为直流信号，反馈给比较环节，将风压或风量的设定值与此反馈值相比较并对两者的差值进行PI运算，产生一个控制信号，并将此信号作为变频调速装置的指令信号输人。去调节控制电机转速。这样，无论实际风机负荷需要怎样变化，风机的鼓风量总能够围绕设定值变化并自动进行调节。

　　5结语该变频器对电网谐波污染小、输入功率因数高、不必采用输人谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形好。不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声、输出dxvd、共模电压等问题，可以使用普通的异步电动机。适合风机的调速控制。