中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较

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1、中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较

2、第1摘要：本文对中高压变频器几种常见的主电路拓扑结构进行了分析比较，对不同电路结构的中高压变频器的可靠性、冗余设计、谐波含量及dv/dt等指标进行了深入的讨论，并对中高压变频器的发展方向提出了自己的看法。关键词：中（高）压变频器完美无谐波多重化技术多电平技术集成门极换流晶闸管（IGCT）TheAnalysisandpareaboutTheMainCircuitTopologyofMedium-voltagelnverterXuFurongAbstract：Thispaperanalyzesandparesseveralkindsofmainci

3、rcuittopologyofmedium-voltageinverter.Itthoroughlydiscussessometargetsofthereliability,redundantdesign,harmonycontentanddv/dtetc.Italsoputforentdirectionofmedium-voltageinverter.Key-voltageinverterPerfectharmonyCellseriesmulti-levelP(CSML)Neutralpointclamped(NPC)Integratedgatemutatedthyristor.

4、1前言众所周知，大功率风机、水泵的变频调速方案，可以收到显著的节能效果，其直接经济效益很大，宏观经济效益及社会效益则更大。可以预计，大功率交流电机变频调速新技术的发展是我国节能事业的主导方向之一。目前，阻碍变频调速技术在高压大功率交流传动中推广应用的主要问题有两个：一是我国大容量（200K整流器，标准的谐波滤波器及功率因数补偿器，以使其谐波符合IEEE519-1992标准的规定。图1所示为18脉冲整流器的Bulletin1557变频器的主电路拓扑结构图。图1Bulletin1557变频器主电路结构图AB公司于近期推出新一代的中压变频器Poouseg(this)">所谓多重化技术就是

5、每相由几个低压P功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。多重化技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题，可实现完美无谐波变频。图2为6KV变频器的主电路拓扑图，每组由5个额定电压为690V的功率单元串联，因此相电压为690V×5=3450V，所对应的线电压为6000V。每个功率单元由输入隔离变压器的15个二次绕组分别供电，15个二次绕组分成5组，每组之间存在一个12°的相位差。图3中以中间△接法为参考(0°)，上下方各有两套分别超前（+12°、+24°）和滞后（-12°、-24°）的4组绕组。所需相差

6、角度可通过变压器的不同联接组别来实现。500)this.style.ouseg(this)">图2多重化变频器拓扑结构图图3五功率单元串联变频器的电气连接图3中的每个功率单元都是由低压绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构成的三相输入，单相输出的低压P电压型逆变器。功率单元电路见图4。每个功率单元输出电压为1、0、-1三种状态电平，每相5个单元叠加，就可产生11种不同的电平等级，分别为±5、±4、±3、±2、±1和0。图5为一相合成的正波输出电压波形。用这种多重化技术构成的高压变频器，也称为单元串联多电平P电压型变频器，采用功率单元串联，而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器

7、件均压的问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/5的输出相电压和1/15的输出功率。变频器由于采用多重化P技术，由5对依次相移12°的三角载波对基波电压进行调制。对A相基波调制所得的5个信号，分别控制A1~A5五个功率单元，经叠加可得图5所示的具有11级阶梯电平的相电压波形，线电压波型具有21阶梯电平，它相当于30脉波变频，理论上19次以下的谐波都可以抵消，总的电压和电流失真率可分别低于1.2%和0.8%，堪称完美无谐波（PerfectHarmony）变频器。它的输入功率因数可达0.95以上，不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置。变频器同一相的功率单元输出相同的基波电压，

8、串联各单元之间的载波错开一定的相位，每个功率单元的IGBT开关频率若为600HZ，则当5个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为6KHZ。功率单元采用低的开关频率可以降低开关损耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以大大改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以降低噪声、dv/dt值和电机的转矩脉动。所以这种变频器对电机无特殊要求，可用于普遍笼型电机，且不必降额使用，对输出电缆长度也无特殊限制。由于功率单元有足够的滤波电容，变频器可承受-30%电源电压下降和5