新疆大型風(fēng)機(jī)由于高壓設(shè)備功率較大。其功率可能占到電網(wǎng)容量的相當(dāng)大一部分，因此其開停機(jī)和運(yùn)行可能對(duì)電源電壓造成影響。另外，變頻器如果輸出高次諧波成分過高，會(huì)造成電機(jī)的過熱、產(chǎn)生共模電壓和drV山等問題。為實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能運(yùn)行，并考慮到高壓大容量設(shè)備的技術(shù)要求，本文設(shè)計(jì)了單元串聯(lián)型多電平高壓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。

　　新疆大型風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器采用若干個(gè)低壓功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，其結(jié)構(gòu)如所示，采用的變壓器為多重化隔離變壓器，一次側(cè)輸人高壓，二次側(cè)輸出相互隔離的低壓，供給各個(gè)功率單元，即圖中的各個(gè)H橋，系統(tǒng)的三相結(jié)構(gòu)類似。隔離變壓器LJ圖i單元串聯(lián)變頻器結(jié)構(gòu)每個(gè)功率單元都是一個(gè)三相輸人、單相輸出的交一直一交變頻器，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，功率單元的結(jié)構(gòu)如所示。

　　新疆大型風(fēng)機(jī)每個(gè)功率單元分別由輸人變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。如采用每相六單元串聯(lián)的形式，則每個(gè)功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/6的輸出相電壓和1/18的輸出功率；對(duì)于6kV的電機(jī)系統(tǒng)，每單元輸出電壓590V可調(diào)，頻率050Hz可調(diào)，從而可實(shí)現(xiàn)恒定壓頻比控制。逆變器部分采用多電平移相脈沖寬度調(diào)制（PSPWM）技術(shù)，同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波依次錯(cuò)開一定的相位，使疊加出來的是13階梯的正弦調(diào)制波。輸出電壓非常接近正弦波，且?guī)缀醪缓械痛沃C波。將相鄰功率單元的輸出端串接起來，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動(dòng)機(jī)。為6kV電壓等級(jí)變頻器的輸出相電壓波形，波形十分接近正弦波。

　　新疆大型風(fēng)機(jī)每個(gè)電平臺(tái)階只有單元直流母線電壓大小，因而很小。使得電動(dòng)機(jī)絕緣不會(huì)受到影響。功率單元采用較低的開關(guān)頻率。以降低開關(guān)損耗，且可以不用浪涌吸收電路，提高變頻器的效率。由于采取多電平移相式PWM技術(shù)，等效輸出開關(guān)頻率很高，且輸出電平數(shù)增加，可大大改善輸出波形，降低輸出諧波，諧波引起的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低。所以這種變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)沒有特殊的要求，可用于普通的高壓電動(dòng)機(jī)，且不必降額使用。由于輸出很低，不會(huì)產(chǎn)生輸出電纜較長時(shí)行波反射引起的浪涌電壓增加而造成電動(dòng)機(jī)絕緣破壞問題，所以對(duì)變頻器輸出至電動(dòng)機(jī)之間的電纜長度沒有特殊限制。

　　與采用高壓器件直接串聯(lián)的變頻器相比，采用這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)使器件的數(shù)量增加，對(duì)于6kV變頻器，六單元串聯(lián)的結(jié)構(gòu)共使用72個(gè)低壓IGBT，但低壓IGBT門極驅(qū)動(dòng)功率較低，其峰值驅(qū)動(dòng)功率不到5W，平均驅(qū)動(dòng)功率不到1W，驅(qū)動(dòng)電路非常簡單。由于開關(guān)頻率很低，且不必采用均壓電路和浪涌吸收電路，所以系統(tǒng)在效率方面仍具有較大的優(yōu)勢，滿載時(shí)，變頻器效率可達(dá)98.5%以上，包括輸人變壓器和變頻器的總體效率一般可高達(dá)97*.由于功率單元采用電容濾波的電壓源型結(jié)構(gòu)，變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運(yùn)行（降額運(yùn)行），并且在電網(wǎng)瞬時(shí)斷電5個(gè)周期內(nèi)還能滿載運(yùn)行。功率單元中采用目前低壓變頻器中廣泛使用的低壓IGBT功率模塊，技術(shù)成熟、可靠。

　　新疆大型風(fēng)機(jī)由于采用二極管不可控整流電路結(jié)構(gòu)，所以變頻器對(duì)浪涌電壓的承受能力較強(qiáng)，雷擊或開關(guān)操作引起的浪涌電壓可以經(jīng)過變壓器（變壓器的阻抗一般為8%左右）產(chǎn)生浪涌電流，經(jīng)過功率單元的整流二極管給濾波電容充電。濾波電容足以吸收進(jìn)人到單元內(nèi)的浪涌能量。另外，變壓器一次側(cè)安裝了壓敏電阻浪涌吸收裝置。起到進(jìn)一步保護(hù)作用。而一般的電流源型變頻器，TheWorldofPowerSupplyJan I工陣I電你I輸人阻抗很高，對(duì)浪涌電壓的吸收效果就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如電壓源型變頻器。功率單元與主控系統(tǒng)之間通過光纖進(jìn)行通信，以解決強(qiáng)弱電之間的隔離問題和干擾問題。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)、所有的功率單元可以互換，維修也比較方便，每個(gè)單元只有3個(gè)輸人、2個(gè)輸出電氣連接端和一個(gè)光纖插頭與系統(tǒng)連接，所以功率單元的更換十分方便。采用功率單元自動(dòng)旁路技術(shù)可使變頻器在功率單元損壞的情況下繼續(xù)運(yùn)行，大大提高系統(tǒng)的可靠性。若采用冗余功率單元設(shè)計(jì)方案，即使在某個(gè)功率單元損壞的情況下，還能滿載運(yùn)行。由于采用二極管整流電路，所以能量不能回饋電網(wǎng)，不能四象限運(yùn)行，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵類負(fù)載。

　　系統(tǒng)組成單元串聯(lián)型高壓風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成，高壓開關(guān)切換部分，輸人隔離變壓器，整流部分，逆變部分，主控單元，主操作臺(tái)以及其他連接設(shè)備。

　　調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖高壓開關(guān)切換部分主要由高壓隔離開關(guān)，熔斷器。高壓真空接觸器以及電壓、電流互感器等構(gòu)成，保證變頻器的安全投人與切除。變壓器的二次側(cè)相互獨(dú)立，分別給整流單元供電。整流部分由18組共72只整流管組成，整流濾波后的直流電源給各個(gè)逆變單元供電。主控單元中，控制系統(tǒng)硬件包括以80C196KB微機(jī)為核心的數(shù)字控制電路、電流調(diào)節(jié)器等模擬控制電路以及可編程控制器等，負(fù)責(zé)逆變部分的觸發(fā)控制以及整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。通過RS232以及多路I/O口接受來自主操作臺(tái)的命令，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。此外，該部分配備有鍵盤和顯示單元，能夠方便的觀察和修改控制器的信息和參數(shù)。主操作臺(tái)設(shè)在控制室內(nèi)供值班人員使用，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施啟動(dòng)、停止、調(diào)速等遠(yuǎn)程控制，并能夠監(jiān)測電壓、電流、轉(zhuǎn)速等信號(hào)。主操作臺(tái)的各項(xiàng)動(dòng)作在主控單元電路面板上也能夠?qū)崿F(xiàn)。通過遠(yuǎn)程/本地開關(guān)的切換。同時(shí)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)控制，開環(huán)控制時(shí)可以由人工調(diào)節(jié)變頻調(diào)速裝置的給定速度來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)改變風(fēng)壓、風(fēng)量的目的。閉環(huán)控制通過一個(gè)檢測變送器。將檢測到的實(shí)際風(fēng)壓和風(fēng)量轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，反饋給比較環(huán)節(jié)，將風(fēng)壓或風(fēng)量的設(shè)定值與此反饋值相比較并對(duì)兩者的差值進(jìn)行PI運(yùn)算，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，并將此信號(hào)作為變頻調(diào)速裝置的指令信號(hào)輸人。去調(diào)節(jié)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。這樣，無論實(shí)際風(fēng)機(jī)負(fù)荷需要怎樣變化，風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量總能夠圍繞設(shè)定值變化并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該變頻器對(duì)電網(wǎng)諧波污染小、輸入功率因數(shù)高、不必采用輸人諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置；輸出波形好。不存在由諧波引起的電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、輸出dxvd、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電動(dòng)機(jī)。適合風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制。