1 引言 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)正經(jīng)歷著比較大的革新。工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域大量使用的高壓感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)，已經(jīng)可以進(jìn)行直接的電子控制，即由原來的改變其它機(jī)械環(huán)節(jié)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(jìn)行速度調(diào)節(jié)和位移控制，從而可以提高生產(chǎn)工藝水平，降低能源消耗。由于高壓感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的耗能比例較大，因而針對(duì)它的交流變頻調(diào)速技術(shù)，雖然不如低壓系統(tǒng)那么完善，但節(jié)能效益顯著。特別是在當(dāng)今面臨能源危機(jī)的條件下，節(jié)能降耗不僅有近期的直接經(jīng)濟(jì)效益，更有長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益。 采用新型高壓大功率電力電子器件構(gòu)成的直接“高-高”式變頻器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠的特點(diǎn)，有很好的調(diào)速、起動(dòng)與制動(dòng)性能。由于采用不控整流和全控器件進(jìn)行開關(guān)調(diào)制，具有輸入側(cè)高功率因數(shù)、裝置優(yōu)良的控制性能和高的運(yùn)行效率等特點(diǎn)。特別是通過改變送給電動(dòng)機(jī)的電流的頻率，在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可以取得很好的節(jié)電效果，在風(fēng)機(jī)和水泵的節(jié)能改造上已經(jīng)得到廣泛證實(shí)。 2 高壓變頻器的系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，也可以采用懸浮供電的級(jí)連多單元串聯(lián)多電平方式。洛陽雙源熱電有限責(zé)任公司送風(fēng)機(jī)變頻器就是采用的是懸浮供電的級(jí)連多單元串聯(lián)多電平方式，其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖1多單元串聯(lián)多電平系統(tǒng)原理圖 2.1功率模塊的串聯(lián) 變頻器是由多個(gè)功率模塊串聯(lián)而成，以6kV每相六模塊串聯(lián)為例,電壓疊加如圖2所示。每相由六個(gè)相同的功率模塊串聯(lián)而成，相電壓為3464V。每個(gè)功率模塊輸出有效值Ve＝577V，峰值輸出電壓Vp= Ve＝816V。 圖2 6kV變頻器電壓疊加示意圖 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(gòu)成，同時(shí)還包括驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、監(jiān)測(cè)、通訊等組件組成的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形。如圖3所示。 圖3 變頻器功率模塊圖 各功率模塊具有完全相同的結(jié)構(gòu)，有互換性。將每相N個(gè)功率模塊的輸出電壓疊加，產(chǎn)生多重化的相電壓波形，使相電壓產(chǎn)生出2N+1個(gè)電壓臺(tái)階，圖4所示的是六個(gè)功率模塊輸出的PWM波形及疊加之后的相電壓波形圖。 圖4 變頻器的模塊輸出波形及相電壓疊加波形 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(gè)繞組分為三相。每個(gè)繞組為延邊三角形接法，分別有±5o 、±15o 、±25o 等移相角度，每個(gè)繞組接一個(gè)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(jìn)行隔離降壓，使得輸入側(cè)功率因數(shù)在0.96以上，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的諧波干擾。 圖5 移相變壓器電氣原理圖 2.4 IGBT驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)模塊對(duì)主控系統(tǒng)輸出的PWM控制信號(hào)進(jìn)行隔離、緩沖處理后，使弱電信號(hào)（TTL電平）能夠驅(qū)動(dòng)高壓回路中的大功率IGBT器件，輸出裝置需要的SPWM電壓。 驅(qū)動(dòng)模塊輔助功能還包括：對(duì)IGBT進(jìn)行短路、過流、欠壓監(jiān)測(cè)和保護(hù)。當(dāng)負(fù)載或功率模塊一旦出現(xiàn)短路、過流、欠壓等方面故障，驅(qū)動(dòng)模塊將故障信號(hào)上傳到主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)的微處理器將根據(jù)故障類型進(jìn)行辨別處理后，發(fā)出命令使驅(qū)動(dòng)模塊停止工作，禁止該功率模塊的輸出。與此同時(shí)主機(jī)中故障處理控制邏輯還會(huì)根據(jù)故障類型進(jìn)行更進(jìn)一步判斷，以決定系統(tǒng)是否發(fā)生真正的故障，以便系統(tǒng)采取報(bào)警停機(jī)或繼續(xù)運(yùn)行，以保護(hù)變頻器與配電系統(tǒng)的安全，不至于造成更大的故障和更大的經(jīng)濟(jì)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。 圖6 電壓輸出波形 3 控制原理 在變頻改造以前，#1爐兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)均采用調(diào)節(jié)風(fēng)板開度的方式控制鍋爐進(jìn)風(fēng)量，由于其電機(jī)裕量較大，因而電能的浪費(fèi)特別嚴(yán)重，進(jìn)行變頻改造后，根據(jù)實(shí)際所需的風(fēng)壓，由DCS系統(tǒng)通過PID調(diào)節(jié)計(jì)算，輸出4～20mA模擬電流信號(hào)發(fā)送給變頻器，調(diào)節(jié)變頻器運(yùn)行頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，由此控制送風(fēng)量。 4 變頻改造后的節(jié)能效果分析 以甲送風(fēng)機(jī)為例，風(fēng)機(jī)傳動(dòng)電機(jī)功率為710kW、額定電壓6kV。其變頻改造后的具體節(jié)能效果分析如附表所示： 附表 變頻改造后的具體節(jié)能效果分析 5 結(jié)束語 大唐洛陽雙源熱電有限公司#1爐送風(fēng)機(jī)采用廣東明陽龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰旧a(chǎn)的MLVERT-D高壓變頻器進(jìn)行了技術(shù)改造，取得了很好的應(yīng)用效果，節(jié)約了電能，降低了運(yùn)行成本，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 參考文獻(xiàn)： [1] 黃立培. 電動(dòng)機(jī)控制. 北京:清華大學(xué)出版社,2003 [2] 胡崇岳. 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社2001 [3] 李永東. 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003