采用智能化单元的高压变频调速装置

　　1　引言

　　高压变频的方式有多种，如高-低-高方式、三电平方式、元器件直接串联的二电平方式、单元串联的多电平方式等。在国内发展比较快、应用比较广的方式是单元串联多电平方式，本文中谈到的高压变频调速装置除特别注明均为单元串联多电平方式的高压变频调速装置。

　　单元串联多电平方式的高压变频调速装置从组成来看主要包括输入变压器、功率单元、主控制器三部分。输入变压器的主要功能是为功率单元提供电源；功率单元主要完成三相交流输入至单相交流输出的整流逆变功能；主控制器主要完成所有单元的协调工作以及对外的接口功能。从控制方法的实现来说，主要有两种途径，一种我们称之为集中控制型，一种称之为智能单元型。

　　集中控制型的高压变频调速装置中功率单元的spwm波是由主控制器产生，功率单元得到的是逆变桥（逆变功率元件通常为igbt）的开关控制信号和旁路开关的控制信号。单元内部经过硬件测量形成的状态量经编码器编码发送给主控制器，主控制器接收所有单元的编码进行逻辑控制。

　　当前市场上多数单元串联多电平方式的高压变频调速装置都属于这种集中控制型的变频装置。

　　智能单元型的高压变频调速装置中功率单元的spwm波由单元根据主控制器的调频指令，经单元根据自身状态修正后产生。主控制器接收单元的状态信号进行逻辑控制并协调所有的单元同步工作。

　　上海科达机电控制有限公司研制生产的maxf系列高压变频调速装置属于智能单元型的变频装置。

　　2 智能化单元的定义

　　什么样的单元是智能化单元呢？这里我们对智能化单元做一个定义，所谓智能化单元就是单元具有自已独立的控制器，能够独立完成单元自身的测量、保护、spwm波形逆变等实时控制功能并能够接收外部指令完成相应功能的功率单元。

　　单元具有自己独立的控制器，也就是说单元内部需要有cpu，但并不是说单元具有cpu就是智能化单元，这个cpu需要能够完成单元的测量、控制，也就是说单元内部可以进行a/d转换进行模拟量测量，根据测量结果实现软件的逻辑控制、保护功能；同时单元内的cpu需要完成单元自身的逆变控制功能，即单元自身能够根据需要完成单相交流输出波形，承担了变频控制的主要功能；为了和其它单元协调工作，单元需要具备交互控制功能，即单元可以接收指令、数据，同时也可以输出自己的状态和数据；总的来说，智能化单元本身就是一个三相交流输入、单相交流输出的低压变频器，具备测量、逆变、接口等所有主要功能。

　　3　采用智能化单元的目的

　　为什么要采用智能化单元呢？

　　（1）智能化单元是控制功能的分解，即功率单元承担了逆变控制的主要功能，单元cpu直接控制功率元件，没有中间环节，这样的实时控制更加直接、控制速度更快；

　　（2）功率单元独立完成自身的测量、保护及逆变控制，控制功能模块化，控制功能独立，减少了模块控制之间的相互影响，提高了模块控制的可靠性和独立性；

　　（3）采用了智能化单元后，主控制器的控制逻辑简化，cpu控制资源充足，软件的编制简化，软件的可靠性得到提高；

　　（4）采用智能化单元，由于单元具有自己的cpu，具有丰富的i/o资源，可以对更多的数字量进行监控，同时可以进行模拟量测量，可以对更多的单元内部量进行监控；

　　（5）采用智能化单元，可以实现更多的功能，例如单元的投切功能，输出波形的优化功能，调整载波频率等；

　　（6）采用智能化单元，方便产品功能的扩充和提升。

　　4　智能化单元实现的功能

　　智能化单元由于具有单元自身的cpu，可以方便地实现各种功能。

　　（1）从测量方面来讲，可以实现单元直流侧电压、输出电压、输出电流、功率元件温度等模拟量的测量，可以监测硬件的过压、过流等数字量的输入；

　　（2）从保护方面讲，可以根据模拟量测量的数据方便地实现软件过压、过流、过温等保护逻辑，同时可以根据数字量的输入状态读入硬件保护的状态；

　　（3）从控制功能方面讲，单元可以根据需要自己产生spwm输出波形，完成对波形的细化、优化，根据调频指令自动调整输出电压、输出频率；正因为单元自身可以进行逆变控制，因此可以实现较高的载波频率，有效降低装置的输出电流谐波；采用智能化单元可以实现单元输出电压的任意控制，即各个单元的输出电压根据需要可以一致，也可以不一致，方便实现整个装置三相输出的自动平衡。

（4）采用智能化单元可以实现单元的快速旁路，即单元的快速退出；这个退出可以是主动退出也可以是被动退出，主动退出是指在调试过程中通过指令主动退出个别单元来验证单元的退出功能、装置的输出自动平衡功能、装置的抗扰动功能等功能；被动退出是指装置出现