中高压变频器的分类和比较

1 概述

目前，世界上的高压变频器不像低压变频器那样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路结构，以适应各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上也各有差异。

根据有无直流环节而将高压变频器分为两大类：

1）无直流环节的变频器，即交—交变频器；

2）有直流环节的变频器称为交—直—交变频器，其中直流环节采用大电感以平抑电流脉动的变频器称为电流源型变频器；直流环节采用大电容以抑制电压波动的变频器则称为电压源型变频器。

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。

电压源型变频器则可以分为：

——功率器件串联二电平直接高压变频器；

——采用IGCT或HV－IGBT的三电平变频器；

——采用LV－IGBT的单元串联多电平变频器。

将上述归纳起来如图1所示。

（a） 交—交变频器

（b） 电流源型变频器

（c） 电压源型变频器

图1 3种高压变频器框图

2 交—交变频器（CYCLO）

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。其电路结构如图2所示。

（a） 星形接法 （b） 三角形接法

图2 交—交变频器主电路结构

其优点是可用于驱动同步和异步电机；堵转转矩和保持转矩大；动态过载能力强；可四象限运行；电机功率因数可为cosφ=1；极佳的低速性能；弱磁工作范围广；转矩质量高；效率高。

其主电路结构，电压电流波形分别如图2、图3所示。

图3 交—交变频器的电流电压波形

其缺点是功率因数与速度有关，低速时功率因数低；最大输出频率为电源频率的 1/n（n=2，3，……）；最大转速500r/m；网侧谐波大。

适用于轧钢机，船舶主传动和矿石粉碎机等低速转动设备。

3 负载换向式（晶闸管）变频器（LCI）

适用于同步电机加转子位置检测器的高速高频调速传动场合，可实现近似于直流电机的调速特性（无换向器电机），可省去维护困难的机械式换向器和电刷。功率范围可达100MW以上，转速可以大于7000r/m，电压范围可达1～23kV。

其主电路结构，电压电流波形，网侧功率因数分别如图4、图5、图6所示。

图4 LCI变频器主电路结构