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第2章级联型高压变频器拓扑结构 第2章级联型高压变频器拓扑结构 第2章 级联型高压变频器拓扑结构 单元串联多电平PWM电压源型变频器（Cell Series Multi－lell PWM：CSML）又称完美无谐波变频器，其性能达到甚至超过了IEEE－519国际谐波标准。 单元串联多电平PWM电压源型变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。该变频器对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入滤波器和功率因数补偿装置。输出的波形好，不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声、输出du/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电动机。 2.2级联型高压变频器拓扑结构 图2.1 功率单元级联型高压变频器结构简图 高压变频器运行在高电压场合，提高其主电路的可靠性是一个关键的技术难题，也是高压变频器能否得到迅速推广的关键技术。本项目的高压变频器为多电平SPWM电压源型变频器，采用多个低压SPWM功率单元串接的新型结构方式，各功率单元的额定功率和输出电压可根据实际需要设计。其结构简图如图2.1所示。 图2.2是单元串联多电平SPWM电压源型变频器的拓扑结构图[10]，包括移相 6KV－900KW功率单元级联型高压变频器的研制 输入变压器、变频器主电路和中高压电动机三大部分。 图2.2 单元串联多电平SPWM电压源型变频器拓扑图 按照这种主电路形式拓扑构成的高压变频器可以解决两个技术难题： ①高可靠性，每一个功率单元都是一个小型的低压变频器，每相的电压由功率单元的输出电压叠加而成，当一个功率单元出现故障后，只会使相电压降低，通过旁路切除后系统能继续运行，不会出现一个单元损坏而导致其它单元损坏的连环故障。这是一个突出的优点，也是功率元件直接串联所不能比拟的。功率元件直接串联，只要有一个功率元件出现故障，就会导致整个系统不能工作，所以可靠性较差。 ②此种方式的高压变频器解决了对电网的污染问题，功率因数高[11]变频器，它是每相由多个低压变频功率单元相互串联通过叠加来实现高压输出。功率单元供电的二次绕组相互存在一个相位差，以实现输入电压多重化。以6KV绿色变频器为例，每相由6个额定电压为577V的功率单元串联，三相共有18个功率单元，分别由输入隔离变压器的18个二次绕组供电，18个二次绕组分3组，每组之间存在200相位差，形成相当于18脉冲整流。使得电压总畸变率只有3％，电流总畸变率小于4％[12]。 图2.3为高压变频器结构平面图，其主要由旁路柜、变压器柜、功率柜和控制柜组成。旁路柜实现整体旁路功能；变压器柜安放移相变压器，为每个功率单 元供电；功率柜安放功率单元，为高压变频器的主要工作部分，实现多脉冲整流输入和高压变频输出；控制柜为变频器的核心控制部件，控制变频器的运行、停止、变频等。 旁路柜变压器柜功率柜控制柜 图2.3功率单元级联型高压变频器结构平面图 2.3高压变频器功率单元 对于额定输出电压为6KV的变频器，每相由6个额定电压为577V的功率单元串联而成，输出相电压最高可达3462V，线电压可达6KV左右，每个功率单元承受全部的输出电流，但只提供1/6的相电压和1/18的输出功率。由于不是传统的器件串联的方式来实现高压输出，而是采用整个功率单元串联，所以不存在器件串联引起的均压问题。由于串联功率单元较多，对单元本身的可靠性要求很高。这种变频器的一个发展方向是采用额定电压较高的功率单元，以达到在满足输入、输出波形质量要求的前提下，尽量减少每相串联单元的个数，降低成木，提高可靠性。功率单元采用模块化结构，所有的功率单元可以互换，易于移动、拆装和现场维修[13]。 6KV－900KW功率单元级联型高压变频器的研制 图2.4 高压变频器功率单元结构 功率单元的结构如图2.4所示，三相交流电整流后经滤波电容滤波形成直流母线电压[14]。当功率单元额定电压为577V时，直流母线电压为800V左右。逆变器由4个耐压为1700V的IGBT模块组成H桥式单相逆变电路，通过PWM控制，在T1和T2两端得到变压变频的交流输出，输出电压为单相交流0-577V,频率为0－50Hz(根据电动机的额定功率，可以相应的调整，最高可达120Hz)。由于采用二极管不可控整流电路结构，所以变频器对浪涌电压的承受能力较强，雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器(变压器阻抗一般为8%左右)，产生浪涌电流，经过功率单元的整流二极管，给滤波电容充电，滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量，而一般的电流源型变频器，输入阻抗很高，对浪涌电压的吸收效果就远远不如电压源型