关于中、高压变频器的一些知识

作者：时间：2011-03-17 来源：网络

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(a)主电路

(b)系统框图

图6三电平逆变器的变频器主电路和系统框图

(a)三相相电压与线电压波形

(b)线电压波形（放大）

图7三电平PWM逆变器输出电压波形

持断、通不变，2、4由通、断→断、通时，A端电压由0→－）。同理，B、C每相电压亦有＋、0、－三种电平。若每相均采用PWM控制，三相3电平PWM逆变器的输出电压波形如图7(a)或图7(b)所示。其中图7(b)为输出电压滤波前后的波形。

与常规只有一个直流电压，桥臂上、下管交替通断每相输出只有＋、－两种电平的逆变器相比，3电平逆变器由于输出电压电平数增加（相电压由2个增加到3个，线电压由3个增加到5个），每个电平幅值下降，同时，每周期开关状态由23=8种增加到33=27种，增加了PWM控制谐波消除算法的自由度，在同等开关频率下，可使输出波形质量有较大提高，输出dv/dt也有所减少。另外，虽然同一臂上有器件串联，由于不出现任何两个串联器件同时导通或关断，所以不存在器件动态均压问题。加之每个主开关器件所承受的电压仅为直流侧电压的一半，很适合高压大

关于中、高压 变频器的一些知识

(a)多重化结构图

(b)电路图

(c)功率单元电路图

图8单元串联多电平变频器

容量的应用场合。图6(b)为变频器系统框图。顺便指出，三电平变频器的概念还可扩展到多电平，例如5电平，输出电压的台阶数更多，波形更好。在相同器件耐压下，可输出更高的交流电压，但器件的数量和系统的复杂性也大大增加了。

233多单元逆变器串联

变频器主电路如图8所示。这是一种多重化结构〔见图8(a)〕，每相由功率单元串联而成〔见图8(b)〕，每个功率单元均为三相输入、单相输出的交直交电压型低压逆变器〔见图8(c)〕。功率单元单相桥式逆变电路采用4种不同的开关模式可输出0和±1三种电平。每个单元采用多电平移相PWM控制，即同一相每个单元的调制信号相同，而载波信号互差一个电角度且正反成对。图9是3个功率单元串联、一相电压的形成波形，三角载波信号互差120°（4和5单元串联则互差90°和72°）。这样每个单元的输出便是同样形状的PWM波，但彼此相差一个角度。图10(a)是5单元串联联结后一相的输出电压波形，它有±5、±4、±3、±2、±1和0共11种电平，线电压则有21种电平，见图10(b)，可以看出，它已非常接近正弦波。

采用移相PWM控制，也使叠加后输出电压的等效开关频率增加。例如，当每个单元的PWM载波频率为600Hz时，5单元串联后输出电压等效开关频率便为6kHz。一方面，开关频率的提高更有助于降低电流谐波，另一方面，由于单元内PWM载波频率较低，不仅可减少开关损耗，还可使逆变器死区时间引起的误差所占比例减少。

至于每相串联的单元数决定于输出电压等级，当每相用3、4、5个输出电压为480V的功率单元串联，变频器输出额定电压分别为2.3kV、3.3kV、4.16kV，如每相用5个690V或1275V的功率单元串联，输出额定电压可达6kV和10kV，由于采用的是单元串联，所以不存在器件直接串联引起的均压问题。

多单元串联方案线路比较复杂，功率器件数量多，如用高压（HV）IGBT，则可减少功率单元和器件的数量，例如用3.3kV的HVIGBT，则4.16kV和6kV的变频器只有2个和3个单元串联。

3整流电路

常用的整流器几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，直流侧则采用电容滤波，这样就使得它们交流侧的电流呈尖峰性而非正弦波，图11为单相整流示例。大量使用由这些电路构成的装置已成为电力系统中的主要谐波源，而且消耗大量的无功功率。为此，IEC、EN、IEEE均规定了谐波标准。参考应用较为普遍的IEEE5191992，我国颁布了GB/T1454993《电能质量补用电网谐波》国标。凡不符合上述标准的电力电子设备均不允许进、出口。

对相控整流电路，当电压为正弦波、电流为非正弦波时，其功率因数λ为λ=cosφ1=νcosφ1

图93个功率单元串联PWM控制波形