6 三電平電壓源型變頻器

采用高壓HV－IGBT或IGCT的三電平電壓源型變頻器，功率范圍可達(dá)9100kVA，電壓范圍可達(dá)6600V，輸出頻率可達(dá)150Hz。

HV-IGBT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)如圖12所示。IGCT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)如圖13所示。三電平電壓源型變頻器的電壓電流波形如圖14所示。

圖12 HV－IGBT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)

圖13 IGCT三電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)

（a） 無輸出濾波器

（b） 有輸出濾波器

圖14 三電平電壓源型變頻器的電壓電流波形

其優(yōu)點是效率高，輸出頻率高；動態(tài)性能好，過載能力強(qiáng)；轉(zhuǎn)矩脈動小，電機(jī)噪聲小；網(wǎng)側(cè)配置多樣化，可實現(xiàn)12、18或24脈沖整流，以減少網(wǎng)側(cè)諧波；直流進(jìn)線可配制動電阻；對電機(jī)絕緣無影響，輸出電纜長度無限制；與基波一致的功率因數(shù)；高可靠的無熔斷器設(shè)計。

其缺點是不可控二級管整流器，單象限運行，要四象限運行需采取額外的措施；如果采用GTO或IGCT器件，需要復(fù)雜的緩沖電路；直流環(huán)節(jié)需扼流圍，并需要輸出濾波器；GTO或IGCT需要復(fù)雜的門極觸發(fā)電路。

適用于風(fēng)機(jī)水泵、傳送帶驅(qū)動、礦石粉碎機(jī)、軋機(jī)、擠壓機(jī)、窯傳動等。

7 采用低壓LV－IGBT的單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器

其功率范圍可達(dá)3～220MW，電壓范圍可達(dá)10kV。單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器主電路結(jié)構(gòu)如圖15所示。變頻器元器件數(shù)量見表1所列。

圖15 單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器電路結(jié)構(gòu)

表1 變頻器元器件數(shù)量 只

其優(yōu)點是極低的輸出諧波含量，在無輸出濾波器的情況下，可使THD0.3％，堪稱“完善無諧波”變頻器；極低的轉(zhuǎn)矩紋波和電機(jī)噪聲；功率因數(shù)可達(dá)0.95；對電機(jī)絕緣無損害，電纜長度無限制；便于冗余設(shè)計。

其缺點是只能單象限運行；不能進(jìn)行旁路切換；不能實現(xiàn)無熔斷器設(shè)計；體積大，笨重；元器件非常多，因而可靠性差；電容器多，易發(fā)生漏電問題；功率節(jié)點多，增加連接難題；多電平結(jié)構(gòu)的變壓器必須和變頻器集成在一起，使電氣室的空間和散熱成為問題；考慮空間要求時，大容量裝置只能采用水冷方式。

適用于風(fēng)機(jī)水泵。

8 各種類型變頻器的比較

各種類型變頻器的比較見表2所列。

表2 高壓變頻傳動系統(tǒng)選型表

＋：好；＋＋：極好；O：不滿意；－：差；－－：很差。

9 結(jié)語

高壓變頻技術(shù)正處于發(fā)展階段，還沒有達(dá)到像低壓變頻器那樣成熟。限于功率器件的特性和具體拖動系統(tǒng)的要求，而開發(fā)出了各種類型的變頻器，它們各有其優(yōu)缺點，不能一概而論哪一種變頻器好與不好。選型時應(yīng)根據(jù)供電電網(wǎng)及拖動對象的特點來定，不必一味追求某種指標(biāo)。如起重設(shè)備、機(jī)車牽引、船舶主傳動要選用可四象限運行的變頻器；對于軋鋼機(jī)則要選擇動態(tài)響應(yīng)能力好和過載能力強(qiáng)的變頻器；對于低速運行的設(shè)備可選用交—交變頻器；而對于高速運行的設(shè)備則可選用負(fù)載換流加同步電機(jī)的方式，或者選用電流源型變頻器。單元串聯(lián)多電平變頻器只能用在風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能的場合。