【关键词】高压变频器；输出速度控制；信号改进技术；SoC信号采集系统；输出滤波装置

引言

高压变频器实质上是一种能够调整电动机输入电压的频率和幅值、精确控制电动机输出功率及转速等关键参数的电气设备。该设备在电动机调速等场景内发挥着关键性作用。其信号输出速度直接影响着功能表现，关乎着电动机的运行质量。为进一步维持电动机设备的高效运行状态，相关行业有必要加强优化改进，以达到节能效果，创造有利的信号传输运维管理条件。

一、高压变频器输出速度控制与信号传输质量对电动机的影响

高压变频器输出速度控制精度及信号传输质量直接影响电动机的运行状态。阐述具体影响时，笔者专门列举了故障实例，用于验证两者的相关性。如某个主营工业生产业务的企业，在产品加工项目中，以球磨机（公称直径3.8 m，长13 m）充当加工设备，配有YPKK50028型号的循环风机电动机（10 kV，22.9 A，280 kW），该电动机配置ZINVU25型号高压变频器（24 Hz至35 Hz；三相电路；24个功率单元）。在多年的持续运行中，该电动机未出现过停机故障。然而，某一日突然出现长达46小时的停机，造成该企业效益受损。为快速恢复球磨机设备的正常运行状态，检修人员对风机电动机温度及振动值等参数进行测量，未见温度异常表现，但振动值却出现1.3 mm/s的变动问题。经超声探伤检测技术查证，该故障为电动机未与风机联轴器保持同步运行所致[1]。

根据对该故障成因的分析发现，高压变频器的输出速度控制信号延迟及信号失真是导致联轴器失步的核心原因。为避免该设备再度出现停机故障，需针对高压变频器的输出速度控制精度与信号传输质量进行优化改进，以获得满意的电动机转速同步性控制效果。

二、高压变频器输出速度控制与信号改进的技术优化路径

（一）改进变频器原拓扑结构

根据对其他学者研究成果的分析可知：高压变频器通常不具备统一性电路拓扑结构，这就导致变频器输出速度不达标时输出的控制信号，可能对电动机产生不利影响。基于电路拓扑结构与变频器信号输出速度及电动机运行稳定性的相关性结论，笔者认为有必要对原拓扑结构进行改进，推荐采用改进型模块化多电平拓扑结构，进而期待依靠新拓扑结构，使电动机在高压变频器高速输出下保持可靠状态，维持转速均衡。关于新拓扑结构下高压变频器输出电压与输出电流等参数之间的相关性，可参考公式（1）进行分析：

U0=UOMcos（ωt）=12mUdccos（ωt）

i0=IOMcos（ωt－φ）（1）

其中，U0表示改进型模块化多电平换流器的输出电压；UOM表示高压变频器的输出电压；ω表示输出频率；m表示输出调制比；Udc表示串联开关输出电压；i0表示改进型模块化多电平换流器的输出电流；IOM表示高压变频器的输出电流；φ表示相位。

公式（1）中第一个方程揭示了输出电压U0的生成机制：调制比m作为关键控制变量，通过调节功率单元开关状态实现对 U0的幅值控制；Udc（直流母线电压）与输出幅值呈线性关系；cos（ωt）体现输出电压的基波时域特性。公式（1）中的第二方程表征负载电流特性：φ相位角反映电动机功率因数，其滞后特性由负载电磁参数决定；IOM电流幅值受负载转矩直接制约。该数学模型从电磁能量转换层面量化了拓扑结构对输出电能质量的调控能力。

为证明该优化路径具有现实意义，笔者主张以有限元仿真分析方式设计仿真实验，选用功率因数为0.99、额定直流电流为180 A、额定调制比为0.8、交流输出电流赋值为250 A、直流母线电压为8 kV的改进型模块化多电平换流器充为实验样本。统计串联开关导通及开关损耗功率时，显示分别为57 W、49 W，其损耗占比约为1.5%，故认定相比原拓扑结构，新拓扑结构能为电动机高效运行提供一定保障，整体损耗较小，值得通过该拓扑结构优化高压变频器输出信号[2]。