中心議題：

• 幾種常用高壓變頻器的主電路分析
• IGBT直接串聯的直接高壓變頻器

解決方案：

• 單元串聯多重化電壓源型高壓變頻器
• 中性點鉗位三電平PWM變頻器
• 電流源型高壓變頻器

dianjishigongyeshengchanzhongzhuyaodehaodianshebei，gaoyadagonglvdiandongjideyingyonggengweituchu，erzhexieshebeidabufendoucunzaihendadejienengqianli。suoyidalifazhangaoyadagonglvbianpintiaosujishujuyoushidaidebiyaoxinghepoqiexing。

目(mu)前(qian)，隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)和(he)微(wei)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)迅(xun)猛(meng)發(fa)展(zhan)，高(gao)壓(ya)大(da)功(gong)率(lv)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)不(bu)斷(duan)地(di)成(cheng)熟(shu)起(qi)來(lai)，原(yuan)來(lai)一(yi)直(zhi)難(nan)於(yu)解(jie)決(jue)的(de)高(gao)壓(ya)問(wen)題(ti)，近(jin)年(nian)來(lai)通(tong)過(guo)器(qi)件(jian)串(chuan)聯(lian)或(huo)單(dan)元(yuan)串(chuan)聯(lian)得(de)到(dao)了(le)很(hen)好(hao)的(de)解(jie)決(jue)。其(qi)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)和(he)範(fan)圍(wei)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)為(wei)廣(guang)範(fan)，這(zhe)為(wei)工(gong)礦(kuang)企(qi)業(ye)高(gao)效(xiao)、合理地利用能源（尤其是電能）提供了技術先決條件。

幾種常用高壓變頻器的主電路分析

(1)單元串聯多重化電壓源型高壓變頻器

單元串聯多重化電壓源型高壓變頻器利用低壓單相變頻器串聯
，彌補功率器件IGBT的耐壓能力的不足。所謂多重化
，就是每相由幾個低壓功率單元串聯組成，各功率單元由一個多繞組的移相隔離變壓器供電，用高速微處理器實現控製和以光導纖維隔離驅動。但其存在以下缺點：

a)使用的功率單元及功率器件數量太多，6kV係統要使用150隻功率器件(90隻二極管，60隻IGBT)，裝置的體積太大
，重量大，安裝位置和基建投資成問題；

b)所需高壓電纜太多，係統的內阻無形中增大

，接線太多，故障點相應的增多
；

c)一個單元損壞時，單元可旁路
，但此時輸出電壓不平衡中心點的電壓是浮動的
，造成電壓、電流不平衡
，從而諧波也相應的增大
，勉強運行時終究會導致電動機的損壞；

d)輸出電壓波形在額定負載時尚好，低於25Hz以下畸變突出
；

d)輸出電壓波形在額定負載時尚好，低於25Hz以下畸變突出；

e)由於係統中存在著變壓器，係統效率再提高不容易實現;移相變壓器中，6kV三相6繞組×3(10kV時需12繞組×3)延邊三角形接法，在三相電壓不平衡(實際上三相電壓是不可能絕對平衡的)時(shi)，產(chan)生(sheng)的(de)內(nei)部(bu)環(huan)流(liu)，必(bi)將(jiang)引(yin)起(qi)內(nei)阻(zu)的(de)增(zeng)加(jia)和(he)電(dian)流(liu)的(de)損(sun)耗(hao)，也(ye)相(xiang)應(ying)的(de)就(jiu)造(zao)成(cheng)了(le)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)銅(tong)損(sun)增(zeng)大(da)。此(ci)時(shi)
，再(zai)加(jia)上(shang)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)鐵(tie)芯(xin)的(de)固(gu)有(you)損(sun)耗(hao)，變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)就(jiu)會(hui)降(jiang)低(di)，也(ye)就(jiu)影(ying)響(xiang)了(le)整(zheng)個(ge)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)在(zai)越(yue)低(di)於(yu)額(e)定(ding)負(fu)荷(he)運(yun)行(xing)時(shi)，越(yue)是(shi)顯(xian)著(zhu)。10kV時，變壓器有近400個接頭、近百根電纜。在額定負荷時效率可達96%，但在輕負荷時，效率低於90%。

(2)中性點鉗位三電平PWM變頻器

該係列變頻器采用傳統的電壓型變頻器結構。中性點鉗位三電平PWM變bian頻pin器qi的de逆ni變bian部bu分fen采cai用yong傳chuan統tong的de三san電dian平ping方fang式shi
，所suo以yi輸shu出chu波bo形xing中zhong會hui不bu可ke避bi免mian地di產chan生sheng比bi較jiao大da的de諧xie波bo分fen量liang
，這zhe是shi三san電dian平ping逆ni變bian方fang式shi所suo固gu有you的de。因yin此ci在zai變bian頻pin器qi的de輸shu出chu側ce必bi須xu配pei置zhi輸shu出chuLC濾波器才能用於普通的鼠籠型電機。同樣由於諧波的原因，電動機的功率因數和效率、甚至壽命都會受到一定的影響，隻有在額定工況點才能達到最佳的工作狀態，但隨著轉速的下降
，功率因數和效率都會相應降低。

多電平+多重化高壓變頻器。多電平+多重化高壓變頻器的本意是想解決高壓IGBT的(de)耐(nai)壓(ya)有(you)限(xian)的(de)問(wen)題(ti)，但(dan)此(ci)種(zhong)方(fang)式(shi)，不(bu)僅(jin)增(zeng)加(jia)了(le)係(xi)統(tong)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)
，而(er)且(qie)降(jiang)低(di)了(le)多(duo)重(zhong)化(hua)冗(rong)餘(yu)性(xing)能(neng)好(hao)和(he)三(san)電(dian)平(ping)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)的(de)優(you)點(dian)。因(yin)此(ci)此(ci)類(lei)變(bian)頻(pin)器(qi)實(shi)際(ji)上(shang)並(bing)不(bu)可(ke)取(qu)。

此類型變頻器的性能價格優勢並不大，與其同時采用多電平和多重化兩種技術，還不如采用前麵提到的高壓IGBT的多重化變頻器或者三電平變頻器。

（3）電流源型高壓變頻器

功率器件直接串聯的電流源型高壓變頻器是在線路中串聯大電感，再將SCR(或GTO
、SGCT等)開關速度較慢的功率器件直接串聯而構成的。

這種方式雖然使用功率器件少
、易於控製電流，但是沒有真正解決高壓功率器件的串聯問題。因為即使功率器件出現故障，由於大電感的限流作用，di/dt受到限製
，功率器件雖不易損壞
，但帶來的問題是對電網汙染嚴重、功率因數低。並且電流源型高壓變頻器對電網電壓及電機負載的變化敏感，無法做成真正的通用型產品。
電流源型高壓變頻器是最早的產品，但凡是電壓型變頻器到達的地方
，它都被迫退出
，因為在經濟上、技術上，它都明顯處於劣勢。

IGBT直接串聯的直接高壓變頻器

1主電路簡介


圖1.IGBT直接串聯高壓變頻

如圖1所示

，圖中係統由電網高壓直接經高壓斷路器進入變頻器，經過高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波，再通過逆變器進行逆變，加上正弦波濾波器

，簡單易行地實現高壓變頻輸出，直接供給高壓電動機。

功率器件IGBT直接串聯的二電平電壓型高壓變頻器是采用變頻器已有的成熟技術，應用獨特而簡單的控製技術成功設計出的一種無輸入輸出變壓器、IGBT直接串聯逆變、輸出效率達98%的高壓調速係統。

對於需要快速製動的場合
，采用直流放電製動裝置，如圖2所示：


圖2.具有直流放電製動裝置的IGBT直接串聯高壓變頻器主電路圖