IGBT直接串联高压变频器

　　1 引言

　　目前，在低压变频调速技术方面，变频调速技术的运用已经比较成熟，但在高压方面，由于变频器的核心器件—功率器件耐压能力所限，造成了现在的高压变频器不象低压变频器那样具有成熟的、一致性的拓扑结构。组成高压变频器的功率器件的耐压能力在长时间内还不可能满足高压变频调速的需要。因此，如何解决高压变频器中的功率器件耐压能力问题，成为世界性难题。

　　2 几种常用高压变频器的主电路分析

　　(1) 单元串联多重化电压源型高压变频器

　　单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联，弥补功率器件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:

　　a) 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;

　　b) 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;

　　c) 一个单元损坏时，单元可旁路，但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的，造成电压、电流不平衡，从而谐波也相应的增大，勉强运行时终究会导致电动机的损坏;

　　d) 输出电压波形在额定负载时尚好，低于25hz以下畸变突出;

　　e) 由于系统中存在着变压器，系统效率再提高不容易实现;移相变压器中，6kv三相6绕组×3(10kv时需12绕组×3)延边三角形接法，在三相电压不平衡 (实际上三相电压是不可能绝对平衡的)时，产生的内部环流，必将引起内阻的增加和电流的损耗，也相应的就造成了变压器的铜损增大。此时，再加上变压器的铁芯的固有损耗，变压器的效率就会降低，也就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。10kv时，变压器有近400个接头、近百根电缆。在额定负荷时效率可达96%，但在轻负荷时，效率低于90%。

　　(2) 中性点钳位三电平pwm变频器

　　该系列变频器采用传统的电压型变频器结构。中性点钳位三电平pwm变频器的逆变部分采用传统的三电平方式，所以输出波形中会不可避免地产生比较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。因此在变频器的输出侧必须配置输出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，电动机的功率因数和效率、甚至寿命都会受到一定的影响，只有在额定工况点才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。