IGBT大功率高压变频技术的特点及应用

　　1 引言

　　按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10kv时称高压，1kv～10kv时称中压。我们习惯上也把额定电压为6kv或3kv的电机称为"高压电机"。高压电动机在工矿企业中应用极为广泛，在冶金、钢铁、化工、水处理等行业中，用于拖动风机、泵类、压缩机及各种大型机械，其消耗的能源占电机总能耗的70%以上。由于相应额定电压1～10kv的变频器有着共同的特征www.cechina.cn，因此，我们把驱动1～10kv交流电动机的变频器称之为高压变频器。但目前我国的调速和起动方法仍很落后，浪费了大量的能源且造成机械寿命低。因此，推广应用高压变频调速及起动装置的效益和潜力是非常巨大的。

　　2 几种高压大功率变频器概述

　　2.1 单元串联多重化电压源型高压变频器

　　该系列高压变频器是利用低压单相变频器串联，解决功率器件igbt的耐压能力的不足。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。

　　其缺点是:

　　(1) 使用的功率单元及功率器件数量太多，6kv系统要使用150只功率器件(90只二极管，60只igbt)，装置的体积太大，重量大，安装位置和基建投资成问题;

　　(2) 所需高压电缆太多，系统的内阻无形中增大，接线太多，故障点相应的增多;

　　(4) 输出电压波形在额定负载时尚好，低于25hz以下畸变突出;

　　(5) 由于系统中存在着变压器，系统效率再提高不容易实现;变压器铁芯的固有损耗，也影响了整个高压变频器的效率。这种情况在越低于额定负荷运行时，越是显著。

　　2.2 箝位三电平pwm变频器

　　该系列变频器采用传统的电压型变频器结构。其逆变部分采用传统的三电平方式，输出波形中会产生较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。因此在变频器的输出侧须配置输出lc滤波器才能用于普通的鼠笼型电机。同样由于谐波的原因，电动机的功率因数、效率以至寿命都会受到一定的影响，在额定工况点能达到最佳的工作状态，但随着转速的下降，功率因数和效率都会相应降低。

　　2.3 多电平+多重化高压变频器

　　2.4 电流源型高压变频器

　　功率器件直接串联的电流源型高压变频器是在线路中串联大电感，再将scr(或gto、sgct等)开关速度较慢的功率器件直接串联而构成的。

　　这种方式虽然使用功率器件少、易于控制电流，但没有真正解决高压功率器件的串联问题。因为即使功率器件出现故障，由于大电感的限流作用，di/dt受到限制，功率器件虽不易损坏，但带来的问题是对电网污染严重、功率因数低。电流源型高压变频器是最早的产品，但凡是电压型变频器到达的地方，它都被迫退出，因为在经济上、技术上，它都明显处于劣势。

　　3 功率器件igbt直接串联的真正直接高压变频器

　　3.1 主电路简介

　　图1中看出系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再通过逆变器进行逆变，加上正弦波滤波器www.cechina.cn，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。

IGBT大功率高压变频技术的特点及应用如图