高压大功率变频器拓扑及优缺点比较

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高压大功率变频器拓扑及优缺点比较

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直接高压型与多电平电压型性能比较
直接高压技术与多电平技术的对比
技术参数输入电流谐波注 1 多电平技术优点多脉冲移相整流技术，谐波较小，符合国标要求功率元件连接通过变压器隔离后连接功率元件保护功率元件驱动输入谐波治理装置输出谐波治理装置电磁噪声电子旁路技术注 2 容易不要求完全同步不需要不需要小有无无无无无无无无无无无无困难要求完全同步需要需要很大无法实现无无缺点无直接高压技术优点无缺点六脉冲整流技术，谐波较大，不符合国标要求直接串联
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电压型与电流型高压变频器性能比较
输出侧谐波比较
多级串联电压型变频器采用多重化脉宽调制技术，从根本上消除了电压谐波。由于级数较多，输出电压波形已经逼近完美的正弦波。此类变频器可直接驱动电机，电机电流谐波非常小。而且此类变频器即使是在低速时也能输出很好的波形，低速性能较电流源变频器好。 CSI电流源变频器由于受电路拓扑和 GTO 开关速度的限制，输出谐波含量大，必须加输出滤波装置才能投入使用。否则由于dI/dt的存在会危及电机绝缘，同时由于较大的输出谐波电流引起电机发热和转矩脉动。
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电压型与电流型高压变频器性能比较
网侧功率因数比较多级串联电压型变频器功率因数在整个负载范围内均能保持非常高的水平，而电流源变频器则随着负荷的降低，功率因数迅速降低。而在实际运行中，系统负载率往往为满负荷的 50%--90%，这时必须加功率因数补偿装置才能满足运行要求。
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电压型与电流型高压变频器性能比较

大功率开关电源拓扑

大功率开关电源拓扑
大功率开关电源通常采用多种拓扑结构，以满足不同的应用需求。

其中比较常见的包括单端降压拓扑、双向变换拓扑和桥式全桥
拓扑。

首先，单端降压拓扑是一种常见的大功率开关电源拓扑结构。

它通过开关管控制输入电压的通断，然后通过输出电感和电容进行
滤波，从而实现对输出电压的调节和稳定。

这种拓扑结构适用于需
要从高电压转换到低电压的场合，例如电源适配器和电动汽车充电
器等。

其次，双向变换拓扑是另一种常见的大功率开关电源拓扑结构。

它可以实现双向能量转换，既可以将直流电转换为交流电，也可以
将交流电转换为直流电。

这种拓扑结构适用于需要实现能量的双向
传输的场合，例如电动汽车充电桩和光伏逆变器等。

最后，桥式全桥拓扑是一种适用于大功率开关电源的拓扑结构。

它通过四个开关管和一个输出变压器构成一个全桥结构，可以实现
对输入电压的高效变换和输出电压的稳定调节。

这种拓扑结构适用
于需要高功率密度和高效率的场合，例如工业变频电源和电力电子
设备等。

总的来说，大功率开关电源拓扑结构多样，选择合适的拓扑结
构需要根据具体的应用需求和性能要求进行综合考虑，以实现高效、稳定和可靠的能量转换和调节。

变频器拓扑结构

变频器拓扑结构变频器是一种能够改变电源频率、调节电机转速的电气设备。

它在工业领域中得到广泛应用，有效提高了工作效率和能源利用率。

而变频器的拓扑结构则是其核心组成部分之一，决定着其性能和工作方式。

本文将介绍几种常见的变频器拓扑结构，并分析其特点和适用场景。

一、PWM变频器PWM（脉宽调制）变频器是一种常见的变频器拓扑结构。

它通过改变电源电压的脉冲宽度来控制电机的输出频率。

1. 单桥全控式PWM变频器这种变频器采用单桥全控整流器，实现对直流电压的调节。

其优点是结构简单、控制方便，适用于小功率的驱动系统。

然而，由于整流器需要大的滤波电容，导致了体积较大、效率较低的问题。

2. 双向全控式PWM变频器双向全控式PWM变频器通过两个继电器和两个反向并联的单桥全控整流器构成，使得电流能够在正、负两个方向上流动。

这种拓扑结构适用于需要正向和反向运转的驱动系统，如卷取机和电梯。

二、逆变器变频器逆变器变频器是采用逆变器将直流电转换为变频交流电的方式来控制电机。

1. 单相逆变器变频器单相逆变器变频器采用单相桥式逆变器，将直流电转换为单相交流电。

它适用于小功率的家用电器，如空调、风扇等。

2. 三相逆变器变频器三相逆变器变频器采用三相桥式逆变器，将直流电转换为三相交流电。

它适用于大功率的工业电机驱动系统，如水泵、风机等。

三、多电平逆变器变频器多电平逆变器变频器是一种通过增加逆变器的电平数来改善输出波形质量的拓扑结构。

1. 二电平逆变器变频器二电平逆变器变频器采用两个桥式逆变器，将直流电转换为两个不同电平的交流电。

它具有较高的输出电压质量，适用于对输出波形要求较高的应用，如电梯、电动汽车等。

2. 多电平逆变器变频器多电平逆变器变频器采用多个桥式逆变器，将直流电转换为多个不同电平的交流电。

它具有更加平滑的输出电压波形，降低了谐波含量，适用于对电压质量要求极高的应用，如光伏发电系统和电网接入系统。

总结本文介绍了几种常见的变频器拓扑结构，包括PWM变频器、逆变器变频器和多电平逆变器变频器。

变频器的优点与缺点

变频器的优点与缺点变频器，也被称为变频调速器，是一种用于调节马达运行速度的装置。

它通过改变供电频率和电压的方式，实现了电动机的调速控制，并被广泛应用于工业生产、机械设备以及家庭电器等领域。

本文将就变频器的优点与缺点展开讨论。

一、变频器的优点1. 节能降耗：变频器能够根据实际需求调整电动机的转速，实现能耗的最优化。

相比传统的电压调节或机械调速方法，变频器可以避免空转损耗和阻力损耗，有效降低能源消耗，提高能源利用效率。

2. 减少机械磨损：变频器可以实现平滑启停和缓慢加减速，避免了传统启动时机械受到的冲击，有效延长了机械设备的使用寿命。

此外，变频器还可以通过准确的转速控制，避免因过高转速导致的摩擦损耗和机械磨损。

3. 改善生产环境：传统电机启动时常伴有噪音和振动，而变频器的平滑启动和运行能够降低噪音和振动水平，改善了生产环境，提升了员工的工作舒适度和效率。

4. 提高精密控制：变频器可以精确控制电动机转速，实现精密的定位、调节和控制，适用于需要高精度运动的设备。

例如，数控机床、印刷机和纺织机械等领域，变频器的应用可以提高生产质量和生产效率。

二、变频器的缺点1. 成本较高：相比传统的电压调节和机械调速方法，变频器的购买成本较高。

特别是在一些小型设备和家庭电器领域，成本因素可能会成为使用变频器的限制。

2. 对电机负载的要求较高：变频器的调速原理决定了对电机负载的要求较高。

一些特殊负载，如恒扭矩负载和低速大负载等，可能不适合使用变频器。

因此，在选用变频器时需要对负载特性进行充分了解和评估。

3. 电磁干扰问题：变频器在工作时会产生电磁干扰，可能对周围的电子设备造成影响。

特别是在某些对电磁环境要求较高的场合，如医疗设备、实验室等，需要采取必要的干扰屏蔽措施。

4. 维护维修难度较大：由于变频器是一种复杂的电动机调速设备，其维护和维修一般需要专业人员进行。

一旦变频器出现故障，可能需要专业维修，增加了维修成本和维修时间。

浅谈中高压变频器主要拓扑结构

杨东华
孟伟
罗志豪
韩玉强
（南神火炭素制品有限公司，河南永城４６１）河７６２
摘
要：变频技术是应交流电机无级调速的需要诞生的，随着新型电力电子器件的不断涌现和计算技术的不断发展，变
频技术Ｅ臻成熟。近年来刚刚兴起的高压变频调速技术，实现了高压大功率电机的无级调速，因其可以有效的节约能ｌ
成绩中至少一门不及格的学生。思路：三门课程中至少有一门课程不及格，也就是说，如果数学不及格就选出来，或者计算机、或者英语不及格都把他们选出来，那么三个条件，很显然是 “ ”关或系。条件区域写法如表３。（）筛选出数学、计算机、英语三门课程中只有一门３不及格的学生。思路：只有一门不及格，我们可以这样思考：如果数
及ｄ／ｔｕｄ的影响，逆变器部分可以采用中性点箝位的三电平
型逆变器必须有续流二极管，将负载电动机的能量通过它回馈，而电流型逆变器则不需要。
此外，电压型逆变器的输出动态阻抗小，当负载出现短路或在变频器运行状态下投入负载，都易出现过电流，必须在极短的时间内施加保护措施。电流型逆变器的情况
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，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。
解决的问题。目前，中高压变频器在利用现有功率器件的基础上已经形成了多种拓扑结构，且都比较成功地解决了

高压大功率变换器拓扑结构的演化及分析和比较

相对于二极管钳位型和电容钳位型多电平变流器，这种结构避免了使用大量的钳位二极管或电压平衡电容。每个独立直流源与一个单相全桥变流器相连。交流侧的端电压通过串联方式叠加，形成多电平变流器的输出电压。每个单相全桥变流器可以产生一个三电平的输出电压。由m个变流器单元级联而成的多电平变流器的电平数为（2m＋1）。

(a) 电压叠加原理
(b) 主电路结构
(c) 功率单元结构
图4 单元串联多电平变换器
由于不是采用传统器件串联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。输入变压器实行多重化设计，达到降低谐波电流的目的。
图1 多管串联的两电平变换拓扑
3.2 中点钳位型多电平拓扑结构
3.2.1 二极管钳位型多电平结构
为了解决器件直接串联时的均压问题，逐渐发展出以器件串联为基础，各器件分别控制的变流器结构。在这方面，日本学者A.Nabae于1983年提出的中点钳位型PWM逆变电路结构具有开创性的意义。单相中点二极管钳位型变流器的结构，该变流器的输出电压为三电平。如果去掉两个钳位二极管，这种变流器就是用两个功率器件串联使用代替单个功率器件的半桥逆变电路。由于两个钳位二极管的存在，各个器件能够分别进行控制，因而避免了器件直接串联引起的动态均压问题。与普通的二电平变流器相比，由于输出电压的电平数有所增加，每个电平幅值相对降低，由整个直流母线电压降为一半直流母线电压，在同等开关频率的前提下，可使输出波形质量有较大的改善，输出dv/dt也相应下降，因此，中点钳位型变流器显然比普通二电平变流器更具优势。
图2 二极管钳位型三电平逆变器拓扑
图2中DA，DA′，DB，DB′为钳位二极管，分压电容C1=C2。开关管SA1，SA1′和SB1，SB1′等互补。

IGCT器件与高压变频器解析

IGCT器件与高压变频器摘要：高压大容量变频调速系统是电力电子技术领域内的重要研究方向之一。

本文针对作者所研发的基于IGCT的6kV/1250kW高压三电平中点箝位式变频器中的一些关键技术问题进行分析，并给出相关的仿真分析和试验研究结果。

1 引言近年来，我国变频调速装置的研发和生产能力在不断的提高，应用水平也有长足的进步。

目前正在向高性能和高压大容量方向发展。

研制中高压变频器一直是热点之一，但由于其技术门坎高、资金投入大、研发周期长，也一直是该研究领域的难点之一。

目前所采用的高压大容量变频器拓扑结构主要有：●电容飞跨式；●单元级联式，即所谓的Robicon结构;●二极管中点箝位（NPC）式，国际上以ABB和Siemens的产品为代表。

相比之下，由于二极管箝位式结构需要器件比较少，结构紧凑，控制算法简洁、易于实现系统四象限运行而可以作为高端变频器使用等特点而被日益重视。

但是由于该结构直接采用高压开关器件（如GTO、IGCT或高压IGBT等）作为开关工作单元，高压特征明显，器件承荷余量减小，对系统参数的配置要求提高，特别原来在中小容量和低压系统中不突出的能量瞬态过程和分布参数影响变得突出，致使研制难度增加，风险增大，进而成为高压大容量电力电子变换器的难点问题之一。

我国对高压（3kV以上）大容量（1000kW以上）的三电平NPC变频调速系统的研制仍处于初步阶段。

为加速我国自己的高端中高压变频调速装置的发展，2001年10月清华大学电机系与国电南京自动化股份有限公司联合成立了清华南自电力电子应用技术联合研究所，专门针对高压大容量三电平NPC变频调速系统进行了研制。

2004年研制出基于IGCT 的二极管箝位式6kV/550～1250kW三电平变频器样机，2005年实现了现场长期无故障满载运行，2006年通过了国家级技术检测部门的全部型式试验和部委级的技术和产品鉴定，目前已全面走向市场。

回顾五年多的研发历程，走过了一条从理论到实践，再从实践到理论的探索过程。

高压变频器在大功率电机节能改造中的应用

积小、效率高、能耗低的优势。
２＿２节能原理
３高压变频器应用效果分析
现代智能高压变频器是具有智能分析以及预判能力的高
压变频装置，尤其是对负载随着时间变化比较敏感的设备如高
随着企业的进一步发展，大功率电机也越来越普及，传统
应用高压变频调速技术，就可以通过高压变频器的电机频率调
节机制，不断改变电机转速，适应负载变化，保持输入、输出电
能的一致性，这对大功率电机效果尤为明显，能够达到大功率、
大容量电机节能的目标。２．３变频调速的优势
１高压变频节能改造潜力
在火力发电厂中，风机和水泵是主要的耗能设备，通常情况下其输入能量的１５～２Ｏ被风机或水泵本身及其电机所消耗，约３５～５Ｏ的输入能量被挡板或阀门节流所消耗，由
于能量难以储存，电能在产生后逐渐消耗，并延续这个过程。
的潜力。
Ｂ
Ｃ
图１多重化变频器拓扑图
力，使得输入和输出电能平衡，这样即可在此方面有效地降低电能损耗。对于电机的转矩负载来说，有如下公式：
Ｐ—Ｍ ×
式中，Ｐ为功率；Ｍ为转矩；为转速。通过以上公式可以得出，当电机的负载发生变化时，如果
２高压变频节能原理及调速优势
２．１高压变频原理高压变频器应用单位复用复合技术，即单位电源不止由单个单元构成，而是由几个ＰＷＭ功率单位通过串联组成，将高压变频器组件直接串联构成多级电压型高压变频器。根据实

高压电机使用变频器的优缺点

型的高压电机使用变频器的优点和缺点。关键词：高压电机；变频器；优缺点
现在的高压电机使用变频器种类不断翻新，根据高压的组成方频器输入侧，添加了移相降压功能，可以胜任超过１８脉冲的整流工法不同，可以把高压电机使用变频器的种类分成高低高类型和直接作，这达到了国际电网在谐波方面的最严格标准要求。负载状态下，高压类型；根据是否存在直流环节，可以把高压电机使用变频器的串联多电平类型的变频器电网侧能够产生超过９５％的功率因素。借种类分成交直交类型和交交类型；根据交直交类型中的滤波环节不助于输出侧的ＰＷＭ技术，可以形成很少的谐波，ｄｖ／ｄｔ数值也较小，同，可以把高压电机使用变频器的种类分成电流源类型和电压源类符合异步类型电机的工作需求。进行串联多电平类型的变频器输出型。下面先讲解高低高类型的高压电机使用变频器优点和缺点。电压设计工作时，需要参考工作实际的负载需求，解决处理好１０ｋＶ１高低高类型的高压电机使用变频器优点和缺点电网或者６ｋＶ电网的调速问题。借助于标准化的设计思路来完成在高压变频技术还没有完全成熟时，变频器使用的是低压类型功率电路设计工作，使以后进行更换时更加简便。器件的采购工作的变频器，这时高压电网同电机的接口实现需要借助于变压器来进在国内就可以进行。串联多电平类型的变频器的逆变元件使用的是行输出升压，输入降压处理。低压变频器产生的电压值很小，电流不ＩＧＢＴ。这和相同类型的三电平变频器比较，会使用更多的元件数目，会无限制地上升，受到限制的电流影响到了低压变频器容量的大但是具备了更加成熟的工作技术。这和ＩＧＣＴ类型的三电平变频器小。输出变压器让整个系统的工作效率变低。加上输出变压器会在比较，会使用更多的元件数目，ＩＧＣＴ总的元件数目比三电平变频器低频时降低磁的耦合力，让低压变频器启动时带载的能力降低。有的要少，这是由于辅助电路方面的原因。功率模块同整流功能的变很大的电网谐波，当使用ｌ２脉冲的整流器时，能够降低谐波，但还压器产生了很多的连线，让变压器没有良好地和变频器分离，不能是不能达到谐波方面的标准要求。借助于输出变压器来进行升压很好地适应有限的空间场合里。５结论时，同样地也放大了变频器形成的ｄｖ／ｄｔ，为此，需要加装ｄｖ／ｄｔ滤波器来满足普通的电机要求，只有这样，才能避免出现绝缘损坏、电晕高压电机使用变频器技术发展迅速，并且能够在四象限内运放电的现象。行。受到高压时器件进行串联产生的均压影响、谐波对电机造成的２电压源类型的三电平变频器优点和缺点影响以及谐波对电网造成的影响，使高压电机使用变频器的应用受电压源类型的三电平变频器借助于二极管进行整流，依靠电容到了一定的限制。高压电机使用变频器的整体性能还受到电机参数来储存能量，进行的是ＩＧＣＴ逆变。三电平进行逆变的方法，使用二的影响，没有良好的通用性，电流产生的谐波也比较多，形成的损耗极管，巧妙地处理了两个元件进行串联的问题，这比起原来两个元也比较大，对环境也造成了污染，共模采用的电压值比较高，给电机件进行直接串联要简单很多。设置输出电平，让输出的波形优于两本身的绝缘性能带来影响。为此还需要我们不断钻研，设计出更加个电平产生的波形。电压源类型的三电平变频器也存在着一些不足完善的高压电机使用变频器。之处：使用的是高压类型的元件ｄｕ／ｄｔ的输出问题比较严重，还需借参考文献助于输出滤波器的支持。高压器件的耐压能力影响，使变频器最高［１］竺伟，陈伯时，周鹤良，等．单元串联式多电平高压变频器的起源、的电压不会超过４１６０Ｖ。为了满足１０ｋＶ电网或者６ｋＶ电网的要求现状和展望『Ｊ１．电气传动，２００７（６）．时，可以对电机进行更换，为此也会影响到电网的旁路。人们对６ｋＶ【２】栾茹，陈志新，张培华．变频器输出对调速电机影响的仿真［Ｊ］．计算电机进行了一种变通，把电机的接法类型由星型的转为了角型的，机仿真，２００９（４）．从而得到３ｋＶ的电机电压，这种对电机的变通方法也存在着不足之【３］南永辉，罗仁俊，伍海林．基于级联型多电平高压变频器的异步电处，就是提高了电机换流产生的损耗情况，一些电机烧毁的案例可机控制策略『Ｊ１．变流技术与电力牵引，２ｏ０８（５）．能就与此相关。对于电压源类型的三电平变频器，大多使用１２脉冲王桂英，徐岩，徐丽红．变频器非正弦供电对异步电机运行性能的的整流方法。影响『Ｊ１＿沈阳农业大学学报，２００８（４）．３电流源类型的高压电机使用变频器优点和缺点【５］杨静波，范永强．长导线对变频器控制电机的影响及解决办法ｆＪ１．这种电流源类型的高压变频器借助了可控硅来整流输入侧，使冶金自动化，２００８（１）．用的是电感储存能量的方式，在逆变侧的开光控件选用的是ＳＧＣＴ［６】周正权，宁忠培，周辉．高压电机轴电流引起运行故障的排除及原控件，属于两电平类型的老式传统结构。器件耐压的能力影响，需要因分析［Ｊ］．大氮肥，２００９（１）．进行不同器件间的串联。而多个不同器件串联牵涉到了十分复杂的工程技术，加上输出侧电平数量不多，会使电机受到很大的ｄｖ／ｄｔ问题，所以，需要借助于输出滤波器的功能。在电网侧的整流器属于可选元件，使用人员可以根据自己工厂的实际情况进行相关的选择。，电流源类型的高压变频器最大的好处就是在没有外加电路的情况下，就能够将惯性能量返回电网内。电流源类型的高压变频器也有些不足之处，例如，谐波大，谐波也会跟着工况情况变动而产生变化，不方便进行补偿；电网侧功率方面的因数值也很小。４串联多电平类型的高压电机使用变频器优点和缺点在功率模块多电平类型的变频器时，通过串联方法来进行高压的输出，它属于一种电压源类型的变频器。在串联多电平类型的变

(完整版)高压大功率变频调速装置的介绍

哈尔滨九洲电气股份有限公司POWERSMRT-6000A系列高压大功率变频调速装置的描述九洲公司生产的POWERSMRT-6000A系列产品，作为“第二代中高压变频器”，摈弃了第一代中高压变频器所采用的工控机中的所有缺点，其采用双DSP控制系统，没有硬盘、风扇，避免了第一代采用工控机控制的变频器操作面板的机械故障和WINDOWS软件由于系统庞大的死机问题。

POWERSMRT-6000A系列高压大功率变频器，为电压源型高-高变频器。

它采用多脉冲整流、多重化PWM、单元串联叠加的多电平拓扑结构，具有模块化设计、积木式组合、N+1备份、模块故障自动切除不间断运行等功能，同时具有高功率因数、低谐波污染的特点，输入和输出电流波形均接近正弦波。

POWERSMRT-6000A系列高压大功率变频器是应用现代电力电子技术、电力拖动技术以及计算机控制技术等研制开发的高效节能型产品。

它采用了先进的输入切分技术、优化的串联多重叠加技术、独特的单相桥式逆变技术、优秀的光纤传导技术、完善的过电压保护技术、波形连续变换技术以及远程通讯控制技术等等，这些技术大部分已经申请了国家专利。

一、系统功能简述POWERSMRT-6000A系列变频器可适用于不同类型负载，对此它有如下功能：●具有彩色液晶屏的全中文操作界面，图形显示，人机界面友好。

●可以实现本地、远程操作自由选择。

●提供系统的旁路功能。

●内置PID调节器，可以实现闭环控制。

●具有完善的保护功能，变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等故障时，系统均能及时告警或保护。

●可以实现触摸屏、数字键盘、模拟电位器、远程DCS等多种频率设定方式，适应各种用户需求。

●具有与用户隔离的开关量模拟量输入输出接口，确保了与用户现有设备的可靠连接。

●具有冷却风机缺相保护功能。

●具有变压器过热告警、保护功能。

二、系统特点简述及优势所在POWERSMRT-6000A系列变频器作为高品质的调速产品，具有以下特点●全系列模块化设计，外形美观，结构紧凑。

变频器的优势和劣势

变频器的优势和劣势
变频器是一种能够控制电动机运行转速的设备，它可以通过控制电源频率来调整电动机的转速，从而实现节能、降噪和延长设备使用寿命等优点。

以下是变频器的优势和劣势：
优势：
1. 节能：变频器可以调整电动机的转速，使其按需工作，避免了电动机长时间空转或过载工作的情况，降低了能源消耗。

2. 降噪：由于变频器可以控制电动机的转速，使电动机运行更加平稳，降低了机械运行时产生的噪声。

3. 延长设备使用寿命：由于变频器可以避免电动机的长时间空转或过载工作，减少了电动机的磨损和损坏，从而延长了设备的使用寿命。

4. 提高产品质量：在一些对产品质量要求比较高的生产场合，变频器可以使生产机器运行更加平稳，减少了生产过程中产生的缺陷率，提高了产品质量。

劣势：
1. 成本高：相对于一般电机而言，变频器的成本较高，这使其应用领域相对较窄。

2. 安装维护成本高：由于变频器本身比较复杂，需要专业人员安装和维护，因此安装维护成本相对较高。

3. 对电网的影响：变频器在控制电机的同时也会对电网产生一定影响，过多的并网容易导致电力系统的畸变。

综上所述，变频器在工业生产中的应用越来越广泛，尤其是在对电动机精度要求比较高的行业中，具有重要的作用。

同时，因其自身存在的缺陷，其应用也还需要相应的改进和完善。

高压大功率DCAC拓扑的分类常用结构与应用领域

高压大功率DC/AC拓扑的分类、常用结构与应用领域DC /AC逆变器是应用功率半导体器件 ,将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置 ,供交流负载用电或与交流电网并网发电。

Mr. Espelage于1977年提出了可变高频环节逆变技术新概念该系统由一个并联逆变器和十二个晶闸管组成的周波变换器构成 ,具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能力等优点。

目前，我国采用的变频调速装置基本上都是低压的，即电压为380～690V，而在节能方面起着更主要作用的高电压大容量变频器在我国尚处于起步阶段。

是什么原因阻碍了高压大功率变频调速技术的应用呢？主要原因一是大容量（200kW以上）电动机的供电电压高（6kV或者10kV），而电力电子器件的耐压等级和所承受的电流的限制，造成了电压匹配上的困难；二是高压大功率变频调速系统技术含量高，难度大，成本高，而一般的风机、水泵等节能改造项目都希望低投入、高回报，较少考虑社会效益和综合经济效益。

这两个原因使得高压变频调速技术的发展和推广受到了限制，因此，提高电力电子变流装置的功率容量，降低成本，改善其输出性能是现代电力电子技术的重要发展方向之一，也是当前世界各国相关行业竞相关注的热点，为此，国内外各变频器生产厂商八仙过海，各有高招，虽然其主电路结构不尽一致，但都较为成功地解决了高压大容量这一难题。

1.大功率电力电子变流装置的拓扑学进展近年来，各种高压变频器不断出现，可是到目前为止，高压变频器还没有像低压变频器那样具有近乎统一的拓扑结构。

根据高压组成方式，可分为直接高压型和高— 低— 高型；根据有无中间直流环节，可以分为交— 交变频器和交— 直— 交变频器。

在交— 直—交变频器中，根据中间直流滤波环节的不同，又可分为电压源型( 也称电压型) 和电流源型( 也称电流型) 。

高— 低—高型变频器采用变压器实行降压输入、升压输出的方式，其实质上还是低压变频器，只不过从电网和电动机两端来看是高压的，这是受到功率器件电压等级限制而采取的变通办法。

高频直流高压电源拓扑结构

高频直流高压电源的拓扑结构通常包括以下几种：串联谐振型：这种拓扑结构适用于小功率、高电压的场合。

通过调整电路的串联谐振频率，可以使得开关频率与谐振频率相等，从而实现开关管的零电压开通和零电流关断，减小开关管的损耗。

同时，由于电路的谐振作用，可以减小电源内阻的损耗，提高电源的效率。

并联谐振型：这种拓扑结构适用于大功率、高电压的场合。

通过调整电路的并联谐振频率，可以使得开关频率高于或低于谐振频率，从而实现开关管的零电压开通和零电流关断，减小开关管的损耗。

同时，由于电路的谐振作用，可以减小电源内阻的损耗，提高电源的效率。

正弦波脉宽调制型（PWM）：这种拓扑结构通过调节脉冲宽度来控制输出电压的幅度和频率，从而实现电源的高频化和高电压化。

PWM控制技术可以使得开关管工作在开关状态，减小开关管的损耗，提高电源的效率。

同时，由于输出电压是正弦波，可以减小对输出负载的影响。

多级串联型：这种拓扑结构适用于高电压、大功率的场合。

通过将多个开关电源串联起来，可以获得较高的输出电压。

同时，由于每个开关电源的功率较小，可以减小每个开关电源的损耗，提高电源的效率。

以上是几种常见的高频直流高压电源拓扑结构，实际应用中需要根据具体需求选择合适的拓扑结构。

高压大功率变频器拓扑及优缺点比较

高压大功率变频器拓扑及优缺点比较高压大功率变频器是用于电力系统中的重要设备，用于将电源的频率和电压进行转换，从而实现对电力系统的控制和调节。

变频器的拓扑结构决定了其性能和优缺点的不同。

下面将对高压大功率变频器的常见拓扑结构以及其优缺点进行比较。

1.单级全桥拓扑单级全桥拓扑是一种常见的高压大功率变频器拓扑结构，其由四个IGBT或MOSFET构成的全桥电路组成。

该结构能够提供更高的功率密度和更高的效率，适用于大功率应用。

然而，由于其电路结构较复杂，需要对IGBT或MOSFET进行精确的驱动和控制，故其控制系统较为复杂。

优点：功率密度高，效率高。

缺点：控制系统复杂。

2.三级H桥拓扑三级H桥拓扑是另一种常见的高压大功率变频器拓扑结构，其由六个IGBT或MOSFET构成的H桥电路组成。

该结构具有更高的电压和功率能力，能够提供更高的输出电压和电流。

同时，其驱动和控制电路较为简单，能够提供更高的可靠性。

然而，由于其需要六个IGBT或MOSFET，且每个IGBT或MOSFET都需要有较高的电压和电流承受能力，故系统成本相对较高。

优点：输出电压和电流能力高，控制系统相对简单。

缺点：系统成本较高。

3.多电平拓扑多电平拓扑是一种通过在全桥或H桥电路中添加额外的电平进行输出电压波形调制的方法，能够提供更高的输出电压质量和更低的谐波含量。

该拓扑结构的控制系统相对复杂，但能够提供更高的输出波形质量和更低的噪声水平。

优点：输出波形质量高，谐波含量低。

缺点：控制系统复杂。

综上所述，高压大功率变频器的不同拓扑结构具有各自的优缺点。

单级全桥拓扑具有功率密度高、效率高的优点，但其控制系统较为复杂；三级H桥拓扑具有输出电压和电流能力高、控制系统相对简单的优点，但系统成本较高；多电平拓扑具有输出波形质量高、谐波含量低的优点，但控制系统复杂。

根据具体的应用需求和经济实际情况，选择合适的拓扑结构是保证高压大功率变频器性能和经济性的重要因素。

高压变频器的拓扑结构分析与优化

高压变频器的拓扑结构分析与优化走进今日的现代工业，每个设备的生产过程中，都离不开各种高科技的电气设备。

而在电气设备中，最为关键的一块是高压变频器，它的稳定性和工作效率直接影响到工业设备的整体运行状况。

因此，在进行高压变频器的生产制造的过程中，必须做好拓扑结构的分析与优化，确保整体品质的同时，注重品质的提升与升华。

高压变频器拓扑结构分析一般情况下，高压变频器可分为三种拓扑结构: 电压源逆变器、双向电源逆变器和电流源逆变器。

各种拓扑结构都有其优缺点，具体的工作原理也有所不同。

我们需要根据具体的使用情况和工作需求来选择相应的拓扑结构。

电压源逆变器电压源逆变器是最常见、也是应用最广的拓扑结构之一，其工作原理是通过直流电源产生三相电源后，将电流转换成电压，这种方式比较符合工业设备中的使用要求。

其最主要的优点是因为采用电流控制器控制，输出电压和电流具有较高的精度，能够保证高压变频器的较高稳定性和可靠性。

但是其需要大规模的器件和较高的制造精度，造价也相应较高，导致应用范围有一定限制。

双向电源逆变器双向电源逆变器比较适用于各种较复杂的系统，拓扑结构类似于经典的电机励磁中的双向截止三极管。

它能够反向变换，使得输出电压更加平稳。

同时，由于这种拓扑结构能够减少磁感应耦合的损耗，能量传输更加高效，整体效率也比较高。

但是其采用的控制技术相对较难，需要有较高的设计和调试水平。

电流源逆变器电流源逆变器应用不如前两种情况广泛，拓扑结构为较大电感器和较大的绕组，能够实现较高的效率以及更强的自适应性，适用于某些需要调整电流、自适应的高压变频器制造场合。

但是其设计比较困难，需要有较高的设计和测试水平，应用范围也相应较为有限。

高压变频器拓扑结构优化在选择了适合的高压变频器拓扑结构后，我们需要对其进行优化。

大规模工业设备使用的高压变频器多为大型设备，它具有功率调节精度高、稳定性好等特点。

而在日常使用中，如果高压变频器质量不佳，可能会导致整个设备的损坏，所以我们需要进行拓扑结构优化，以确保高压变频器的稳定可靠。

浅谈高压变频器的电路拓扑结构

决。
４三电平变频器的拓扑结构
三电平能量回馈变频器的主电路拓扑结构见图２。为了直观起见，中略去电机侧滤波器。图该电路的优点：构简单、结体积小、成本低，使用的功率器件数最少（２只）避免了器件的串联，１，提高了装置的可靠性。
一
网侧逆变能量回馈变频器主电路拓扑结构图
该电路的优点：结构简单，电平逆变器技术成熟；率高，两效可达到９％；８动态性能好、过载能力强；可实现四象限运行；体积小、质量轻、成本低。缺点：脉冲整流网侧谐波大，６需采用进线电抗器；电平逆两变输出谐波大，需采用优化的ＰＷＭ技术及输出滤波器加以解
１高压变频器的概况
随着交流变频调速技术的不断发展，低压变频器以其通用性广、靠性高、制灵活以及通信的网络化、量的扩大化等可控容特点在各个领域已得到了广泛应用。同时，由于新型电力电子器件如绝缘栅双极晶体管（Ｂ）集成门极换向晶闸管（ｃＴ的ＩＴ、ＧＩｒ等ＧＩ）出现，以及计算机技术的发展和新型的控制理论（如矢量控制技术、直接转矩控制技术）的应用，使得高压变频器也得到了快速发展。其应用主要是在冶金、纺织、化工等工业领域，近年来得到了广泛应用。
２高压变频器的电路拓扑结构分类
根据当前高压变频器的特点，于高压（Ｏｋ电动机的用６１Ｖ）变频器也就出现了多种接线方案。常见的通用变频器的拓扑结构有３种情况：一低一高方案，一低方案，接高压方案。高高直２１高一低一高方案．这种方案是将电源电压经过输入变压器（流变压器）压，整降再经过低压变频器变频变压，最后经过输出变压器升压，给高供压电动机。该方案的优点是经济性较好，可靠性较高。缺点是整个系统复杂、占地面积大、耗大。该方案适用于改造项目、损有空间或中小容量的电动机，于新建项目、对大容量的电动机，各制造商均不推荐该方案。２２高一低方案．这种方案是将电源电压经过输入变压器（整流变压器）降压，再经过低压变频器变频变压后，直接供给低压电动机。同高一低高方案相比，该方案不但具备了高一低一高方案的优点，而且减少了一台输出变压器、节省了占地面积、降低了初始投资和运行费用。该方案只适用于中小容量的电动机，而且输入变压器和变频器距离电动机不能太远。２３直接采用高压变频器的方案．脉冲电压源型高压变频器的输入变压器二次侧有多个绕组，过接线方式消除特定的谐波电流，达到提高功率因数，通以减小注入系统的谐波电流等目的。输入变压器的二次侧有两个绕组，个为Ｙ形，一个为 △形。采用这种变压器的目的第一一另是产生１２脉冲操作需要的相位差；第二是变压器阻抗可以抑制对电网所产生的谐波。同时，由于输入变压器的分布电容远大于电动机绕组对机壳的电容，因此输入变压器承担了大量的共模

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级联型高压变频器是一种常用的电力传动系统，具有较高的效率和稳定性。

本文将介绍级联型高压变频器的拓扑结构、工作原理、特点和应用领域。

一、拓扑结构级联型高压变频器由多个高压IGBT逆变器串联组成，形成级联结构。

每个逆变器都能独立控制其输出电压和频率，通过故障检测和保护功能，实现系统的自动切换和故障隔离。

常见的级联型高压变频器拓扑结构有三级和五级结构。

1.三级结构三级结构由三个逆变器级连组成。

第一个逆变器输出三相交流电源，工作频率为低频，主要用于电网连接和电感电机起动；第二个逆变器输出中频电源，工作频率在200Hz-2kHz之间，用于变频驱动普通电机；第三个逆变器输出高频电源，工作频率在2kHz-20kHz之间，用于变频驱动高性能电机。

2.五级结构五级结构由五个逆变器级连组成。

第一个逆变器输出电源，工作频率为低频，主要用于电网连接和电感电机起动；第二个逆变器输出中频电源，工作频率在200Hz-2kHz之间，用于变频驱动普通电机；第三个逆变器输出高频电源1，工作频率在2kHz-20kHz之间，用于变频驱动高性能电机；第四个逆变器输出高频电源2，工作频率在20kHz-100kHz之间；第五个逆变器输出高频电源3，工作频率在100kHz以上。

这种拓扑结构可以实现更高的输出电压和频率范围。

二、工作原理级联型高压变频器的工作原理是将输入电源的直流电压转换为交流电源，通过控制逆变器的开关管状态，实现对输出电压和频率的调节。

每个逆变器都是由IGBT和独立的控制电路组成，控制电路通过采集电流、电压信号，通过调节开关管的导通和断开实现对输出电压和频率的精确控制。

三、特点和优势1.高效率：级联型高压变频器采用IGBT器件，具有高效率和低能耗的优势。

2.稳定性：级联结构可以实现故障检测和保护功能，具备故障隔离和自动切换的能力，提高系统的稳定性和可靠性。

3.范围广：级联型高压变频器可以实现较大的输出电压和频率范围，适用于各种负载和需求。

变频器的优缺点及一些建议

变频器劣缺面及一些提议之阳早格格创做--秦小伟变频器是将电网电压提供的恒压恒频变更成电压战频次皆不妨通过统制改变的变更器，使电效果不妨正在变频电压的启动下收挥更佳的处事本能.变频器主要由整流（接流变曲流）、滤波、再次整流（曲流变接流）制动单元、启动单元、检测单元微处理单元等组成的.由于电机正在工频(50Hz)电源供电时起动战加速冲打很大，而当使用变频器供电时，那些冲打便要强一些.工频间接起动会爆收一个大的起动起动电流.而当使用变频器时，变频器把工频电源(50Hz)变更成百般频次的接流电源，变频器的输出电压战频次是渐渐加到电机上的，所以电机起动电流战冲打要小些，以真止电机的变速运止的设备.其中统制电路完毕对于主电路的统制，整流电路将接流电变更成曲流电，曲流中间电路对于整流电路的输出举止仄滑滤波，顺变电路将曲流电再顺形成接流电.变频器按分歧的类型主要有以下几面分类：1、按变更的关节分类：（1）接-曲-接变频器，则是先把工频接流利过整流器形成曲流，而后再把曲流变更成频次电压可调的接流，又称间接式变频器，是广大应用的通用型变频器.（2）可分为接-接变频器，将要工频接流间接变更成频次电压可调的接流，又称间接式变频器2、按主电路处事要领分类：电压型变频器、电流型变频器3、依照用途分类：不妨分为通用变频器、下本能博用变频器、下频变频器、单相变频器战三相变频器等.别的，变频器还不妨按输出电压安排办法分类，按统制办法分类，按主开关元器件分类，按输进电压下矮分类.4、按电压等第分类：⑴、下压变频器：3KV、6KV、10KV⑵、中压变频器：660V、1140V⑶、矮压变频器：220V、380V5、按电压本量分类：⑴、接流变频器：AC-DC-AC（接-曲-接）、AC-AC（接-接）⑵、曲流变频器：DC-AC（曲-接）尔厂使用的变频器有以下几种：1、下压变频器：西门子罗宾康完好无谐波下压变频器（新主井6#）战合康亿衰HIVERT系列下压变频器（1407、1408）2、矮压变频器：西门子SINAMICS V50 55KW—500KW 变频器（850、851）战西门子MICROMASTER 440 0.12KW—250KW变频器（排矸系统、准备楼除尘风机等）变频调速已被公认为是最理念、最有死少前途的调速办法之一，采与通用变频器形成变频调速传动系统的主要脚段，一是为了谦脚普及处事死产率、革新产品本量、普及设备自动化程度等央供；二是为了俭朴能源、落矮死产成本.正在尔厂现使用的几种变频器的运止历程中，尔归纳有以下几面便宜：1、变频器可最大极限天节制电效果的起动电流，缩小电网压落，可真止恒转矩及变转矩起动.即变频器可真止硬开用.工频情景下电效果间接开用时，电流是电机额定电流的4—7倍，若多台大功率的电机共时开用，将对于电网制成很大冲打.采与变频器后，电效果只需正在额定电流下便可开用，电流仄滑无冲打，缩小了开用电流对于电机战电网的冲打，延少了电机的使用寿命.2、变频器可真止齐范畴调速，其节能效验较大.采与变频调速后，风机、泵类背载的节能效验最明隐，节电率据有关资料查询可达到20%～60%，那是果为风机火泵的耗用功率与转速的三次圆成比率，当用户需要的仄衡流量较小时，风机、火泵的转速较矮，其节能效验也是格中可瞅的.而保守的挡板战阀门举止流量安排时，耗用功率变更没有大.由于那类背载很多，约占接流电效果总容量的20%～30%，它们的节能便具备非常要害的意思.3、变频器不妨最大极限的缩小无功功率.无功功率没有单减少线益战设备的收热，更主要的是果无功功率果素的落矮引导电网有功功率的落矮.而使用变频器安排后由于变频器内滤波电容的使用，使得功率果素靠近为1，删大了电网的有功功率.进而节省了无功功率消耗的能量.4、变频器通过PID、PLC举止关环安排，那种安排不妨是连绝的，也不妨是跳跃的.并能真止自动统制战脚动统制二者之间的便当切换，真止对于电机转速的自动安排.5、变频器采与过流、过压、瞬时断电、短路、短压、缺相等多种呵护，而且死存本有的工频回路与变频回路互锁统制，并加以完备，动做变频障碍应慢步伐，正在变频器爆收障碍后不妨尽管回复死产.其缺面主要表示正在对于使用环境的央供较为庄重，其使用的环境央供粉尘、温度战干度必须切合变频器运止条件，环境温度央供正在0-40℃范畴内，最佳不妨统制正在25℃安排，干度没有超出95%，且无凝结或者火雾，天圆配电室尽管没有必干布拖天，以使室内不妨脆持少久搞燥的状态.其次，变频器的制价较下，且变频器的技能央供下，窃稀性强，所以正在变频器里面爆收障碍后必须通联厂家提供技能收援，普遍皆得将益坏元件或者整机收回厂家，由厂家举止维建.变频器正在多个止业的稠稀电气启动设备上均有应用，正在矿业中，其大部分应用正在泥浆泵、传递戴、提下机、切削机、挖削机、起沉机、饱风机、泵、压缩机等设备的启动上.针对于尔厂的本量情况，尔认为，尔厂110KW以上的电效果启动均应使用变频.当前尔厂110KW以上的电动皆是用的是硬开用器开用，硬开用器主要办理电效果开用时对于电网的冲打战开用后旁路交战器处事的问题，对于电机有较佳的呵护效率，正在沉载情况下不妨真止一定程度的节能（约5%），然而是没有成以正在运止历程中随背载的变更而安排功率的输出，所以其节能效验近近没有如变频器.。