级联型高压变频器

级联型高压变频器是通过级联功率单元(移相整流单元串联多电平输出技术)来实现变频的高压变频器，也称单元串联多电平变频器，如图3一22所示。

图3一22级联型高压变频器

级联型高压变频器无需高压功率器件，利用中、低压功率器件就能提高变频器的输出电压等级，且输出电流谐波低、输出功率大，很好地解决了高压大功率负载场合的电动机调速问题，并取得了显著的节能效果。

单元串联多电平技术就是采用多组低电压、小功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)变频单元串联输出为高压变频器，实现大功率集成。其特点是:由低压的功率器件所组成的功率单元相串联，从而实现高压的输出。由于采用的是功率单元进行串联，因此不存在元件之间的动态和静态均压问题。

单元串联多电平技术的变频器具有模块化结构，便于更换和维护。各变频单元由一个多绕组的隔离变压器供电，并以高速微处理机和光导纤维实现控制和通信，其输出电压为2.3kV一6kV，功率为800kW一5600kW。

1.一些级联形式及其拓扑图

1)级联变频器的基本形式

级联变频器是通过多重化技术来实现的，多重化技术就是每相由几个低压PWM输出的功率单元串联组成(级联)，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器

供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。多重化技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题。

级联变频器功率单元的基本形式如图3一23所示，由移相变压器的一组副边供电，通过三相全桥整流器将交流输人整流为直流;控制部分通过冗余设计的电源板从直流母线上取电，接收主控系统发送的PWM信号并通过控制单相逆变桥的IGBT的工作状态，输出单相的PWM电压波形。

图3一23级联变频器功率单元的荃本形式

每个级联单元输出单相的PWM波，将每相每个功率单元的输出电压叠加，产生多重化的相电压波形，使相电压产生出2N+1个电压台阶，功率单元叠加后输出的PWM波形将是较为完美相电压波形，故单元申联多电平190.13-1电压源型变频器又称完美无谐波变频器。

采用直接高一高变换形式的单元申联多电平拓扑结构的高压变频器(图3一24(a)，其主体结构由多组功率单元申并联而成，由各组低压叠加而产生需要的高压输出(图3一24(b)，无须输出变压器，就可直接实现3kV,6kV及10kV高压输出。

艾米克变频器

图3一24级联变频器的拓扑形式及基本结构

(a)单元申联多电平高压变颇器拓扑;(b)单元申联式多电平高压变频器方案。

级联型高压变频器对电网谐波污染小，输人电流谐波畸变小于4%，能满足(其至超过了)IEEE519-1992的谐波抑制标准;输人功率因数高，不必采用输人谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好，不存在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，故不必加输出滤波器就可以使用普通的异步电动机。

2)级联功率单元

级联变频器的功率单元通常会与旁路单元配套使用，旁路单元的作用是在功率单元故障时，直接将其短路，从而不影响变频器的运行。

带旁路的功率单元结构如图3-25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，变频器的监控电路实时监控IGBT和直流母线的状态，将状态反馈回主控系统。在单元出现严重故障时，主控将驱动旁通单元中的接触器，打开功率单元的旁通回路，使单元进人旁通状态，避免整个变频器停机，从而

提高了级联系统的运行可靠性。

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12两端得到变压、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，可以进行相应的调整，最高可达120Hz) 。

文章来源：深圳市艾米克电气有限公司