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高压变频器基础知识 一、高压变频器的定义 通常把驱动1KV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器。按照国际惯例和我国国家标准，电压在10KV以上的称为高压，10KV以下称为中压。但由于大家习惯上把额定电压为3KV和6KV和10KV的电动机称为“高压电机”所以驱动这个电压等级的变频器统称为高压变频器。 二、高压变频器的分类 分类方法 a、按高压组成方式分为：直接高压型和高低高型 b、按有无直流环节分为：交—交和交—直—交 c、按直流环节滤波元件的性质分为：电流源型和电压源型 交—交变频器 电流源型变频器 高压变频器 交—直—交变频器 电压源型变频器 矩阵变频器 直接高压型变频器 特点：功率器件在电网和电动机之间直接构成变频器，由于功率器件耐压问题难于解决，目前国际通用做法是采用器件串联的办法来提高电压等级，其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题，技术复杂，难度大。但这种变频器由于没有升降压变压器，故其效率较高低高方式的高，而且结构比较紧凑。 高—低—高型变频器 特点：采用变压器实现输入降压和输出升压方式，实质还是低压变频器。 由于有输入输出变压器且中间低压环节电流大、效率低、可靠性差、体积大，所以已经基本被淘汰。 交—交型变频器 原理：由两组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。随着输出频率的增高，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重。电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。 特点：受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。由于受到输出 最高频率限制，只能用于一些低速、大容量的特殊场合。 矩阵式变频器是一种新型交交直接变频器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。矩阵变换器没有中间直流环节，谐波含量比较小其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压；矩阵变换器的功率因数可在四象限工作。矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。 高压变频器类型 电流源型 电压源型 电路构成 特 点 优点： 采用大电感作为中间直流滤波环节，通过电流PWM控制改善电流波形 可四象限运行和能量回馈 缺点： 输入侧的功率因数低电抗器发热量大，效率功率开关器件 ??? PWM整流器的基础是电力电子器件，其与普通整流器和相控整流器的不同之处是采用了全控型器件。目前在PWM整流器中得到广泛应用的电力电子器件主要有如下几种。 1门极可关断晶闸管(GTO) ??? GTO是最早的大功率可关断器件，是目前阻断电压最高和通态电流最大的全控型器件，已达6kV/6kA的制造水平。它由门极控制导通和关断，具有通过电流大、通态电压低、导通损耗小，dv/dt耐量高等优点，在大功率的场合应用较多。但是，GTO的缺点也很明显，诸如其驱动电路复杂并且驱动功率大，导致关断时间长，限制了器件的开关频率；关断过程中的集肤效应容易导致局部过热，严重情况下使器件失效；为了限制dv/dt，需要复杂的缓冲电路，这些都限制了GTO在各个领域的应用，现在GTO主要应用在中、大功率场合。 电力晶体管（GTR） ??? 电力晶体管又称为巨型晶体管，是一种耐高压、大电流的双极型晶体管，该器件与GTO一样都是电流控制型器件，因而所需驱动功率较大，但其开关频率要高于GTO，因而自20世纪80年代以来，主要应用于中小功率的变频器或UPS电源等场合。目前其地位大多被绝缘栅双极晶体管(IGBT)和功率场效应管（PowerMOSFET）所取代。 功率场效应管（PowerMOSFET） ??? 功率场效应管是用栅极电压来控制漏极电流的，属于电压控制型器件，因此，它的第一个显著特点是驱动电路简单，需要的驱动功率小；第二个显著特点是开关速度快，工作频率高。另外，Power MOSFET的热稳定性优于GTR。但是Power MOSFET电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的场合。 4绝缘栅双极晶体管(IGBT) ??? IGBT是后起之秀，集MOSFET和GTR的优点于一身，既具有MOSFET的输入阻抗高、开关速度快的优点，又具有GTR耐压高、流过电流大的优点，是目前中等功率电力电子装置中的主流器件。目前的制造水平已经达到3.3kV/1.2kA。栅极为电