Развитие горнодобывающей промышленности сопровождается активным внедрением регулируемых электроприводов для широкого спектра технологических механизмов: очистных комбайнов, транспортных систем, насосных и вентиляторных установок. Применение напряжения 1140 В стало важным направлением повышения энергоэффективности и надежности оборудования. Однако использование высоковольтных силовых ключей в преобразователях частоты сопровождается рядом проблем, связанных с высокими коммутационными потерями и ограниченной скоростью переключения при синусоидальных и векторных алгоритмах ШИМ [1]. Дополнительно применение высоковольтных модулей приводит к удорожанию конструкции, усложняет задачу отвода тепла и требует решения вопросов, связанных с повышенными требованиями к изоляции и надежности. В этих условиях рациональным направлением развития является применение многоуровневых преобразователей частоты, которые находят широкое применение в системах высоковольтного электропривода [2]. Такие ПЧ представляют собой перспективное решение, позволяющее существенно снизить уровень гармоник, уменьшить потери на переключение и повысить качество выходного напряжения, а также позволяют снизить напряжение на отдельных ключах, уменьшить тепловые потери и повысить эффективность охлаждения.
Современные тенденции проектирования отдают предпочтение жидкостному или комбинированному охлаждению, особенно для мощных электроприводов, где эффективность отвода тепла прямо пропорциональна площади теплообменных поверхностей. Для повышения надежности рационально использовать увеличенное количество силовых ключей, что позволяет распределить тепловые нагрузки.
В настоящее время на российском рынке представлен широкий ряд низковольтных преобразователей частоты (380–660 В), выпускаемых отечественными производителями. Однако аналоги высоковольтных ПЧ, рассчитанных на напряжение 1140 В, отсутствуют. Это обстоятельство вынуждает предприятия, занимающиеся разработкой и эксплуатацией горно-шахтного электрооборудования, использовать зарубежные решения, что снижает уровень технологической независимости и усложняет задачу создания комплексных отечественных систем электропривода для горнодобывающей промышленности.