1 引言 隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的發展，電氣傳動技術正經歷著比較大的革新。工業生產領域大量使用的高壓感應異步電動機，已經可以進行直接的電子控制，即由原來的改變其它機械環節的控制方法到直接改變供給的交流電源的頻率和幅值的變壓變頻控制方法，進行速度調節和位移控制，從而可以提高生產工藝水平，降低能源消耗。由于高壓感應電動機的耗能比例較大，因而針對它的交流變頻調速技術，雖然不如低壓系統那么完善，但節能效益顯著。特別是在當今面臨能源危機的條件下，節能降耗不僅有近期的直接經濟效益，更有長遠的社會效益。
采用新型高壓大功率電力電子器件構成的直接“高-高”式變頻器，具有結構簡單，工作可靠的特點，有很好的調速、起動與制動性能。由于采用不控整流和全控器件進行開關調制，具有輸入側高功率因數、裝置優良的控制性能和高的運行效率等特點。特別是通過改變送給電動機的電流的頻率，在很寬的轉速范圍內進行高效率的轉速調節，可以取得很好的節電效果，在風機和水泵的節能改造上已經得到廣泛證實。
2 高壓變頻器的系統組成和原理
一般直接“高-高”式高壓變頻器可以采用公用直流母線的三電平或兩電平電路結構，也可以采用懸浮供電的級連多單元串聯多電平方式。洛陽雙源熱電有限責任公司送風機變頻器就是采用的是懸浮供電的級連多單元串聯多電平方式，其電路結構如圖1所示。
[center] 圖1多單元串聯多電平系統原理圖[/center]
2.1功率模塊的串聯
變頻器是由多個功率模塊串聯而成，以6kV每相六模塊串聯為例,電壓疊加如圖2所示。每相由六個相同的功率模塊串聯而成，相電壓為3464V。每個功率模塊輸出有效值Ve＝577V，峰值輸出電壓Vp= Ve＝816V。
[center]圖2 6kV變頻器電壓疊加示意圖[/center]
2.2 功率模塊的電氣原理
功率模塊主要由三相橋式整流器、電容器組、IGBT逆變橋構成，同時還包括驅動、保護、監測、通訊等組件組成的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態，輸出PWM電壓波形。如圖3所示。
[center]圖3 變頻器功率模塊圖[/center]
各功率模塊具有完全相同的結構，有互換性。將每相N個功率模塊的輸出電壓疊加，產生多重化的相電壓波形，使相電壓產生出2N+1個電壓臺階，圖4所示的是六個功率模塊輸出的PWM波形及疊加之后的相電壓波形圖。
[center]圖4 變頻器的模塊輸出波形及相電壓疊加波形[/center]
2.3移相變壓器
移相變壓器電氣原理圖如圖5所示: 變壓器（以6kV變頻器輸入變壓器為例）原邊繞組為6kV, 副邊共十八個繞組分為三相。每個繞組為延邊三角形接法，分別有±5o 、±15o 、±25o 等移相角度，每個繞組接一個功率模塊。這種移相接法可以有效地消除35次以下的諧波。因此，采用移相變壓器進行隔離降壓，使得輸入側功率因數在0.96以上，不會對電網造成超過國家標準的諧波干擾。
[center]圖5 移相變壓器電氣原理圖[/center]
2.4 IGBT驅動原理
在MLVERT-D變頻器的功率模塊中，使用高性能、智能化的專用IGBT驅動模塊對主控系統輸出的PWM控制信號進行隔離、緩沖處理后，使弱電信號（TTL電平）能夠驅動高壓回路中的大功率IGBT器件，輸出裝置需要的SPWM電壓。
驅動模塊輔助功能還包括：對IGBT進行短路、過流、欠壓監測和保護。當負載或功率模塊一旦出現短路、過流、欠壓等方面故障，驅動模塊將故障信號上傳到主控系統，主控系統的微處理器將根據故障類型進行辨別處理后，發出命令使驅動模塊停止工作，禁止該功率模塊的輸出。與此同時主機中故障處理控制邏輯還會根據故障類型進行更進一步判斷，以決定系統是否發生真正的故障，以便系統采取報警停機或繼續運行，以保護變頻器與配電系統的安全，不至于造成更大的故障和更大的經濟損失。
2.5 輸出電壓波形
電壓輸出波形如圖6所示,由波形疊加而成正弦波。
[center]圖6 電壓輸出波形[/center]
3 控制原理
在變頻改造以前，#1爐兩臺送風機均采用調節風板開度的方式控制鍋爐進風量，由于其電機裕量較大，因而電能的浪費特別嚴重，進行變頻改造后，根據實際所需的風壓，由DCS系統通過PID調節計算，輸出4～20mA模擬電流信號發送給變頻器，調節變頻器運行頻率，從而調節電機轉速，由此控制送風量。
4 變頻改造后的節能效果分析
以甲送風機為例，風機傳動電機功率為710kW、額定電壓6kV。其變頻改造后的具體節能效果分析如附表所示：
[center]附表 變頻改造后的具體節能效果分析[/center]
5 結束語
大唐洛陽雙源熱電有限公司#1爐送風機采用廣東明陽龍源電力電子有限公司生產的MLVERT-D高壓變頻器進行了技術改造，取得了很好的應用效果，節約了電能，降低了運行成本，有較好的經濟效益和社會效益。
參考文獻：
[1] 黃立培. 電動機控制. 北京:清華大學出版社,2003
[2] 胡崇岳. 現代交流調速技術. 北京:機械工業出版社2001
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