IGBT高压变频调速电源

　　1引言

　　众所周知，电力传动中，交流电动机较直流电动机结构简单、制造容易、价格便宜、维修方便，因而被大量使用。然而在起动和调速性能方面，交流机较直流机麻烦或困难。

　　交流电机的同步转速n0=60f/p。可见，只要能连续地改变供电电源的频率f，便能平滑地调节交流电动机的转速(式中p为电机的极对数，只能有级且有限地改变)。

　　由于电力电子技术的发展，现在由电力半导体器件构成的静止式变频器已很成熟，因而交流电动机的变压变频(VVVF)调速已日益普及，其优越性亦广为人们所熟知。

　　但是变频调速至今主要还是应用在中、小容量和低压电机上，而在矿山、冶金、化工、石油、建材等工业部门和水厂、电厂，使用着大量的中、高压风机、水泵、压缩机和搅拌机等，这些机械功率都在几百千瓦以上，有的高达数千甚至上万千瓦，它们消耗的电能是非常可观的。

　　此前，这类机械大多采用恒速交流传动，而以挡板、阀门或空放回流的办法进行输出量的调节，白白损失大量的电能。因此，在这类机械上采用变频调速，根据输出量的要求用电气手段改变输出功率，对节能有着巨大意义。

　　2高压变频调速电源的几个问题

　　(1)串联

　　按理，在装置要求高压而器件耐压能力有限的情况下，可采用器件串联的办法来满足。但是器件的串联使用，因各器件的动态电阻和极电容不同，而存在稳态和动态均压问题。如采取与器件并R和RC的均压措施，会使电路复杂，损耗增加;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。否则，由于各器件开、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。

　　(2)谐波

　　这是所有交直交变频器的共同问题，但是在大功率变频调速中更为突出。谐波污染电网，将殃及同一电网上的其它设备，甚至影响电力系统的正常运行，谐波电流也使电机发热，损耗增加，功率因数下降，不得不“降额”使用。

　　(3)效率

　　装置功率愈大，效率问题也愈益重要。为提高效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频电源中的损耗。

　　基于上述几方面的考虑，用全控型电力电子器件IGBT组成的、用于交流电动机变频调速的高压变频器，采用“功率单元”串接的新型结构，即用多个低压的脉宽调制(PWM)逆变器作功率单元，将它们按多重化格式组成高压变频器，能较好地解决这几个问题。

　　3IGBT高压变频器

　　图1(a),(b)是一台6000V变频器的主电路拓朴和连接图。每相由5个额定电压为690V的功率单元