摘 要：風機系統(tǒng)是工業(yè)設備中重要的耗能源，隨著國家對于節(jié)能減排和能源利用程度重視程度的提高，對于風機調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化改造迫在眉睫。本文主要研究變頻調(diào)速技術在風機系統(tǒng)中的應用，通過改變高壓電動機的輸入電源頻率，實現(xiàn)風機設備的調(diào)速。在分析調(diào)速原理和方法的基礎上，選用級聯(lián)多電平電壓源型高壓變頻器，并分析不同的調(diào)制方式，為實現(xiàn)風機變頻調(diào)速奠定理論基礎。

關鍵詞：風機系統(tǒng)；變頻調(diào)速；節(jié)能降耗

中圖分類號：TD441 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0256-01

引 文

工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)以及通風行業(yè)的運行成本中，風機消耗的電能占到了很大的比例。國家對于節(jié)能減排和能源利用率的重視程度越來越高，《節(jié)能減排規(guī)劃》中提出采用高效節(jié)能電動機、風機、水泵來淘汰落后的耗電設備，對電機系統(tǒng)實現(xiàn)變頻調(diào)速、永磁調(diào)速，優(yōu)化系統(tǒng)運行和控制。變頻器應用在各種工業(yè)設備中，通過對電機工作電源頻率的控制和改變來控制電機的整體運轉，本文主要研究變頻調(diào)速技術在風機系統(tǒng)中的應用，分析變頻器的不同調(diào)制方式，優(yōu)化后的調(diào)速系統(tǒng)能夠提高風機的工作效率，實現(xiàn)節(jié)約電能的同時保證設備運行的穩(wěn)定性和可靠性。

1 變頻器結構

變頻器由主回路和控制回路組成，其中主回路又可以分為交-直回路，直-交回路，能耗制動電路，外部接線，控制回路又分為內(nèi)部控制回路和外部控制回路。

（1）交-直回路：變頻器的交-直回路中包含了整流電路、濾波電路、限流電路，整流電路可以將電源的三相交流全波整流成直流電，濾波電路采用電容消除整流后的電壓紋波，能夠保持電壓的平穩(wěn)性，限流電路限制電容中的電流強度，避免進入到設備內(nèi)部對設備造成影響。

（2）直-交回路：變頻器的直-交電路由逆變電路和續(xù)流電路，逆變電路是變頻器的核心部分，通過逆變方式改變電流的波形，續(xù)流電路采用續(xù)流二級管實現(xiàn)，可以為無功電流提供返回到直流電源的通道，同時在交替導通和截止過程中提供通道。

（3）能耗制動電路：制動電阻是能耗制動電路的核心部件，電動機工作頻率降低過程中，系統(tǒng)運轉出現(xiàn)機械能向電能的轉化，如果通過設備反饋到直流電路中會帶設備帶來巨大的安全隱患，制動電阻可以處理部分電壓，控制其在合理的范圍內(nèi)。

（4）控制回路，控制回路的內(nèi)部控制回路包括了控制板、鍵盤、電源板、驅動板等硬件部分，外部控制電路包括外接給定電路，外接輸入和輸出控制電路。

2 變頻器調(diào)速方法

2.1 電流型高壓變頻調(diào)速

電流型的變頻器調(diào)速采用了交-直-交變換技術，首先將三相交流電的A、B、C相通過整流器整流成為直流電，然后通過三相逆變電路變?yōu)樾枰娜嘟涣麟?、電流型變頻器的優(yōu)勢是采用了大電阻抗器作為電流的濾波環(huán)節(jié)，在風機的運行過程中即使出現(xiàn)短路等故障，電流仍然可控，能量可以回饋電網(wǎng)。缺點是變頻器輸入、輸出電壓高，一般情況下額定輸出電壓在2300V以上，需要考慮器件的動靜態(tài)均壓問題。

2.2 電壓型高壓變頻調(diào)速

三電平變頻器調(diào)速，有正電平（P）、負電平（N）、零電平（O），設主開關器件的電壓為u，三電平電路不僅可以使電壓降低一半，還能使du/dt降低一半，降低輸出電壓的諧波，從而可以降低電動機的軸電壓和軸功率。三電平電壓型變頻電路結構可以分為二級管鉗位電路和電容鉗位電路。電容鉗位電路中增加了三個鉗位電容，可以在電路中省略六個鉗位二極管，控制不同的開關組合實現(xiàn)對電容的充電和放電，維持電容電壓的平衡，但是電容型電路的體積大、可靠性低，如果控制不當還有可能造成電容及輸出電壓的波動。二級管鉗位電路每相逆變橋由四個開關管、續(xù)流二極管和兩個鉗位二級管組成，控制每相中開關管的導通和關閉，可以實現(xiàn)P、O、N三種電平的輸出。

2.3 級聯(lián)型多電平高壓變頻調(diào)速

功率單元的串聯(lián)型多電平高壓變頻調(diào)速技術采用隔離變壓器將高壓交流電轉變?yōu)榈蛪航涣麟?，通過交-直-交低壓變頻，然后通過串聯(lián)疊加在逆變測實現(xiàn)高壓交流電的輸出。功率單元的串聯(lián)式多電平高壓變頻技術具有較多優(yōu)勢，采用的直流電源相互隔離，不需要考慮電壓均衡的問題，變頻器的發(fā)熱量低，運行穩(wěn)定噪聲小。同時，變壓器采用了多重化設計，能夠明顯降低諧波電流，在不增加濾波器的條件下降低了對電網(wǎng)的干擾。本文選用的單元串聯(lián)級聯(lián)多電平電壓源高壓變頻器實現(xiàn)對于風機的調(diào)速控制，提高了風機變頻器的可維護性和可靠性。

3 變頻器在風機調(diào)速中的應用

級聯(lián)多電平電壓源型高壓變頻器調(diào)制方式可以分為基于載波脈寬調(diào)制方式和多電平基頻調(diào)制技術，基于載波脈寬調(diào)制方式包括了載波移相調(diào)制方式和載波層疊調(diào)制方式。載波移相調(diào)制方式解決了高開關頻率損耗大的問題，載波層疊脈寬調(diào)制技術由載波移相調(diào)制技術衍生而來，采用了N個幅值和頻率相同的三角波，在橫軸方向連續(xù)層疊后與正弦調(diào)制波進行比較，得到N組觸發(fā)信號，實現(xiàn)對功率單元的觸發(fā)。

載波層疊脈寬調(diào)制方法可以采用同相層疊脈寬調(diào)制、反相層疊脈寬調(diào)制以及載波交替反相層疊脈寬調(diào)制，三種調(diào)制方式存在著諧波分量，同相層疊調(diào)制方法變頻器輸出電壓中不存在偶次諧波，但是含有低次諧波；反相層疊調(diào)制方法變頻器輸出電壓低次諧波含量少，但是含有較多的高次諧波并且含有偶次諧波；交替反相層疊調(diào)制方法中含有偶次諧波。

采用基于零序分量注入載波移相調(diào)制，在相電壓正弦調(diào)制信號中注入零序分量，零序分量是三相正弦波瞬時最大與最小值的平均值，基于零序分量注入載波移相調(diào)制可以有效降低變頻器輸出電壓中的諧波分量，提高電壓利用率，高變頻器的輸出能力，保證風機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 總 結

本文主要分析和研究變頻調(diào)速技術在風機改造中的應用，在對比不同類型變頻調(diào)速技術的基礎上，重點分析級聯(lián)多電平電壓源型高壓變頻器，介紹載波移相脈寬調(diào)制和載波層疊脈沖調(diào)制方式，最終采用基于零序分量注入載波移相調(diào)制方式，實現(xiàn)了風機變頻調(diào)速的目的，奠定了變頻技術在風機調(diào)速中的應用基礎。

參考文獻

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收稿日期：2018-7-21