高压变频技术简述与应用

二、大容量多电平变换器发展概述（续）
4）交-交变频电路 可省去中间直流环节，体积小，重量轻，一次功率变换控制效率高。 但是， 输出频率低，最高输出频率一般为输入频率的1/3~1/2，而且控制复杂，通常 仅用于低频场合。
大容量交-交变频调速系统
➢ 传统三相交-交变频电路 • 优点： 由三组反并联晶闸管可逆桥式变 流器组成。 采用电网自然换流， 只需一次换流就实现了变频，环 流效率高，方便四象限运行，而 且低频时输出波形接近正弦。
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
• 发展： 由于高压大容量IGBT、IGCT的实用化，电流型变换器正在向直流母线电流可调（动 态响应好）、整流逆变均进行脉宽调制（谐波含量低）的方向发展。 由于其本身所 固有的短路保护的特性，这种变换器应该具有很好的发展前景，虽然控制比电压型变 换器要复杂一些，但是随着高速处理芯片的推出，控制上复杂性都不成问题。
由于开关器件SCR、GTO开关频率低，存在： （1） 相控整流的谐波污染和功率因数低下对电网构成威胁； （2） 没有输出滤波电容时，输出谐波含量高，低频转矩脉动大，启动转矩小； （3） 系统动态响应慢； （4） 输出频率范围窄； （5） 没有输入隔离变压器时，逆变器输出的共模电压大，甚至破坏电机绕组对 地的绝缘。
针对交-交变频功率因数低，谐波污染较严重等缺点，人们提出了多种改进措施。 在主回路的改进上，可以采取滤波或多重化等办法；在控制方法上，又提出了动态 无功控制等方案。 但是会增加系统的复杂性和成本。
➢ 矩阵式三相交-交变频电路 矩阵式交-交变频器能方便地实现N相输入-M相输出；按输入输出电源性质，可有 电压源输入-电流源输出和电流源输入-电压源输出两种形式。
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
➢ 直接高压型交-直-交变换器 近年来，高开关频率、低损耗、高压大电流IGBT和IGCT的异军突起使直接高压 型变换器成为可能。
直接高压电流型变换器 在中大容量的调速场合应用很广。
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
• 优点： （1） 存在直流电感，整流侧和逆变侧的短路保护较容易，可靠性高； （2） 采用相控整流，电流相位可调，可进行能量回馈和四象限运行； （3） 输出滤波电容使输出电压dv/dt很小，传输电缆可以较长； （4） 不考虑共模电压，电机绕组的电压应力小，无须降额运行。 • 缺点：
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
• 缺点： （1） 晶闸管较多，接线复杂； （2） 输出频率范围窄，只能为1/3~1/2的电网频率； （3） 采用相控整流，功率因数低。
传统的交-交变频主要用于大容量低速重载调速场合，如轧机主传动装置。 由于 晶闸管与 GTO相比价格便宜很多，且器件单管容量可以很大，换流损耗小，该项 技术已经非常成熟，所以自20世纪80年代以来，这种变频器应用得还是很多。
大容量指功率等级在数百千瓦以上，而高电压指电压等级为3kv、6kv、 10kv或更高。 实现大容量变换的途径有高压或/和大电流，其中以高压大容 量最为典型；又由于电机调速在工业应用中最广泛，所以高压大容量交流电 机变频调速技术在大容量换流应用技术中最具代表性。
根据有无中间直流环节，交流变频器可分为交-交变频和交-直-交变频两 种形式。 交-直-交变频存在着中间直流储能环节，根据所用储能元件性质的 不同，交-直-交变换器还可分为电流型和电压型两种。 对于高压变换器来说， 从高压构成的角度，又可有“高-高”和“高-低-高”方式两种划分。 不同划分经 适当组合就得到各种类型的高压大容量变换器。
高压变频技术简述和应用
内容介绍
功率器件概述 大容量多电平变换器发展概述 高压变频器对电网的影响 高压变频器对电动机的影响 三电平PWM电压源变频器原理 三电平PWM逆变控制策略 PWM整流的基本原理 三电平PWM整流控制策略
IGCT系统现存问题初步探讨
二、大容量多电平变换器发展概述
1、大容量变换器分类和特点
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
高压大容量交-直-交变换器
由于传统交-交变频器的固有缺点难以克服，矩阵式交-交变频器发展的又不够成 熟，因而交-直-交变换器必将在今后较长一段时期内继续在市场占据主导地位。 ➢ 高低高型交-直-交变换器 输入为降压变压器，输出为升压变压器，中间为低压变压器。 ✓ 当系统容量较大时，中间低压环节电流过大，需要解决多个器件并联的均流 问题，使可靠性下降； ✓ 变压器因谐波而发热，效率降低； ✓ 低频时输出变压器能量传输困难，不适合低频重载场合。 ✓ 通过变压器多重化可以解决其谐波问题和扩大容量，但是增加了成本，因而 这种变换方式不适合向更大容量方向发展。
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
直流变换
间接高压型电 电流 压型 型
功率变换交流变换交 直 交型中 高低 压压 型型直接高压型电压型单电二 元电 普流极 逆容 通型管 变箝 双箝 桥位 电位 串型 平型 联型
交交变换矩传阵统式交交交交变变换换
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
传统大功率变换电路
Fra Baidu bibliotek
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
二、大容量多电平变换器发展概述（续）
• 优点： （1） 换流效率非常高，损耗主要是器件开关损耗； （2） 能实现四象限运行和任意功率因数，所需滤波元件容量小，系统动态响应 快； （3） 控制特性好，可对输出电压和频率及输入电流和相位分别控制，且双边谐 波含量少。 • 缺点： 要求较高频率的大容量双向开关（数千至数十千赫），控制对象复杂，且电压利用 率较低。 • 发展： 随着高压大容量IGBT、IGCT研制的成功，通过图中（b）~（d）所示器件的组合 也可以实现双向开关，从而使高性能、高效的电力变换成为可能。
1）普通三相逆变器（两电平逆变器） 拓扑结构简单，依靠器件串并联，存在开关器件静态均压、动态均压、均流 等问题。 电压波动大，谐波大。 2）降压——普通变频——升压电路 两侧需大型变压器，体积大，成本高，变频部分采用交-直-交结构，输出变 压器体积大。 3）变压器耦合的多脉冲逆变器 并联逆变桥来获得大电流。 典型的48脉冲逆变器包括8个6脉冲逆变桥和8个 曲折变压器，通过改变匝数比或联接方式耦合叠加出阶梯波，以减少谐波。 成本大，损耗大，占用空间大，瞬态过程中变压器磁饱和引起直流磁化和浪 涌过电压问题。 6脉冲方式工作，使系统动态响应性能较差。