高压变频器综述(图文)

1、高压变频器综述(图文)关键词：高压变频器，拓扑结构，PWM整流，矢量控制，无速度传感器1引言【1】高压变频器是指输入电源电压在3KV以上的大功率变频器，主要电压等级有 3000V、3300V、6000V、6600V、10000V等电压等级的高压大功率变频器，高压变频器由高低高；低高；高高之分。以前的高压变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大，对电网和电机都有影响。随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速开展，一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、IECT【1】等等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实现PWM逆变以及PWM整流。不仅具有谐波小，功率因数也

2、有很大程度的提高。本文在介绍高压变频器类型及其拓扑结构的根底上，分析了各种拓扑结构的优缺点。最后本文综述了目前针对高压变频器的一系列控制方法。2高压变频器分类【1】高压变频器的种类繁多，其分类方法也多种多样。按着中间环节有无直流局部，可分为交交变频器和交直交变频器；按着直流局部的性质，可分为电流型和电压型变频器；按着有无中间低压回路，可分为高高变频器和上下高变频器；按着输出电平数，可分为两电平、三电平、五电平及多电平变频器；按着电压等级和用途，可分为通用变频器和高压变频器；按着嵌位方式，可分为二极管嵌位型和电容嵌位型变频器等等。2.1 上下高原理是通过降压变压器，将电网电压降到低压变频器额定或

3、允许的电压输入范围内，经变频器的变换形成频率和幅度都可变的交流电，再经过升压变压器变换成电机所需要的电压等级。如图一所示，这种方式，由于采用标准的低压变频器，配合降压，升压变压器，故可图一 上下高电流型变频器Fig.1 High-level current-modeconverter以任意匹配电网及电动机的电压等级，容量小的时侯2.2交交变频器【2】交交变频器是采用晶闸管实现的无直流环节的直接由交流到交流的变频器，也叫做周波换流器。当电压在3kV以下时，每相要用12只晶闸管，三相共36只；当电压超过3kV时，晶闸管必须串联使用，所用的晶闸管要成倍增加。它两种电路结构：一是公共交流母线进线方式，

4、一是输出星形联结方式，如图二所示。交交变频的优点是：只用一次变流，效率高；可方便地实现四象限工作；低频输出波形接近正弦波。其缺点是：接线复杂，输出频率较低；输入功率因数较低；输入电流谐波含量大，频谱复杂。主要用于500KW或1000KW以上大功率低转速交流调速电路中。图二 输出星形联结交交变频器Fig.2 AC-AC inverter2.3电流源型高压变频器电流源型变频器又可以分为：负载换向式晶闸管变频器LCI；采用自关断器件GTO或SGCT的变频器。电流型变频器采用SCR、GTO或IGCT元件串联的方法，直流局部用电抗器储存能量，实现直接的高压变频，有可回馈能量的优点。电流源型变频器输入侧的

5、功率因数比拟低，电抗器的发热量较大，效率比电压源型变频器低，输出滤波器的设计比拟麻烦，变频器的共模电压和谐波、dv/dt问题较为突出，所以对电机的要求较高。同时，器件串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否那么，由于各器件通、断时间不一，承受电压不均，会导致器件损坏，甚至整个装置崩溃。电流源型变频器的市场竞争能力已经逐渐变弱。图三 两电平高压变频器Fig.3 2-level voltage inverter该变频器优点：采用多重化PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波； 整流电路的多重化，脉冲数多达30或36，功率因数高，输入谐波小； 模块化设计，结构紧凑，维护方便

6、，增强了产品的互换性；直接高压输出，无需输出变压器。；极低的dv/dt输出，无需任何形式的滤波器；采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。该变频器的缺点：变压器内部环流大，发热量高，变压器效率低，在低于额定负载时，谐波增加很快，这时电机抖动及发热较大，噪声也较高。图四 10KV变频主电路结构Fig. 4 10KV invertermain circuit structure图五 功率单元结构Fig. 5 power unit structure图六 10KV变频器拓扑结构Fig. 6 10KV convertertopology3整流电路【2】目前高压变频器的整流电路主要有三种，一种

7、是普通的晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，第二种是多重化整流电路，第三种是PWM整流电路。多重化整流电路在采用相同器件时可以到达更大的功率，更重要的是它可以减少交流侧输入电流的谐波并且能提高功率因数，从而减小对供电网络的干扰。但是由于功率器件的单相导电性，整流器能量不能反向流动，使得变频器无法四象限运行。PWM整流器是用全控型器件构成，采用与逆变电路同样的脉宽调制技术。通过对它的适当控制，可以使输入电流近似为正弦波，且电流和电压同相位，功率因数近似为1，并且可以实现能量的双向流动。PWM整流器也可采用三电平电路，在相同的开关频率下，其输入电流谐波比二电平电路要小得多。它不仅可做到单位功率因数

8、，它同时可以进行有功功率和无功功率的双向传输，实现电动和能量反应的四象限传动。4高压变频器的控制策略高压变频调速同低压变频调速一样，有以下几种控制方式：直接转矩控制不需要坐标变换，也不受转子参数变化的影响，控制器结构简单，而仍具有良好的静、动态性能。5结束语高压大功率变频器及其相关衍生产品是电力电子行业中尚未最后成功地解决的一个难题，也是近年来全世界范围内该行业竞相关注的热点。它不仅涉及大功率交流电动机的各类负载的调速和节能，而且也与其它一些关系国计民生的重点行业的技术开展与进步息息相关，所以要加速对高压变频器的主电路拓扑结构和控制技术的研发、创新，开发具有自主知识产权的高性能高压变频器，以不断的推动我国高压变频