第六章 高压变频器结构原理

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主讲

王兆义

主办单位： 北京精诚智和教育有限公司 中国工业自动化培训网

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第六章：高压变频器 6.1高压变频器主电路拓补结构 按照电压的划分，低于1kV,称为低压；大于lkV、小于 10kV,称为中压，10kV以上，称为高压。 我们习惯上把额定电压为6kV或3kV的电动机称为“高 压电动机”,因此，我们也把工作电压在1~lOkV的变 频器统称为中(高)压变频器。 中(高)压变频器因为工作电压升高，开关器件因为 受到耐压的限制，不能完全承受电源的高电压，使主电路 和低压变频器有了很大的区别。为了使变频器能工作在高 电压，人们研究出了多种不同的电路结构。

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第六章：高压变频器 1.高-低-高变频器 它是把电网的高压或中压经降压变压器降为低压，通过低 压变频器变频，然后再经升压变压器将低压升为中压，供 给电动机运行。实际上这种电路结构所用的变频器为低压 变频器。

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第六章：高压变频器 6.2.高—中型 高—中型变频器是把电网的高压经降压变压器 降为中压，送入中压变频器，中压变频器的输出驱动电动 机。

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第六章：高压变频器 6.2.1 功率单元串联高压变频器 功率单元串联高压变频器，属于“高—中型”变频器。主 电路是利用移相变压器降压，再通过多个低压变频功率单 元串联组成。各功率单元分别由多绕组移相降压变压器的 一组二次绕组供电。多绕组移相降压变压器是功率单元串 联高压变频器电路中的一个重要部件。

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第六章：高压变频器 功率单元为三相输入、单相输出的交—直—交PWM型变 频器结构(见图1)。将相邻功率单元的输出端串接起来， 形成Y联结结构(见图2),实现变频的高压直接输出，供 给高压电动机。每个功率单元分别由输入变压器的一组二 次绕组供电，功率单元之间及二次绕组之间相互绝缘。

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第六章：高压变频器 逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率 单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各功率单元 的载波之间互相错开一定角度，实现多电平PWM,输出 电压非常接近正弦波(输出PWM波如图所示)。 该变频器由于输入输出波形好，被人们称为“完美无谐波 变频器”,有的资料中也称为绿色变频器。

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第六章：高压变频器 该变频器由5个耐压为690V的功率单元组成，相电压为 690V×5=3450V,线电压为： 3450V×1.732=6000V 该变频器由于采用了低压IGBT,成本较低。6000V变 频器要用90只二极管，60只IGBT,设备体积大。 该变频器因为用二极管整流，不能4象限运行，只能用在 风机、水泵等简单负载。 该变频器由美国罗宾康公司研制，

因为只申请了美国专利， 技术已经公开，我国利德华福、山东风光等很多厂家都在 生产。

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第六章：高压变频器 6.2.3 三电平IGBT高压变频器 1.主电路结构 三电平IGBT高压变频器的主电路如图所示。电路由电源 变压器、整流电路、逆变电路等组成。电源变压器的一次 绕组做三角型连接，二次绕组分为两组，一组按三角型连 接，一组按星型连接；整流部分由两个三相桥形成的12 脉冲系统组成；逆变部分是由IGBT和钳位二极管形成的 三电平电压型逆变器。

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第六章：高压变频器2.工作原理 1)整流电路采用两组星、三角电路，减小了谐波干扰。 有效的抑制了5、7、17、19等次谐波，减小了对电网的干 扰。 2)逆变电路采用了三电平方式，又称为中心点钳位方式 (NPC),通过控制S1~S4功率开关的开通和关断，可 在桥臂上输出3种不同电平，即：+Ud,0,-Ud,见 下表。因此，把这种变频器称为三电平变频器。

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第六章：高压变频器

S1

S2

S3

S4

输出电压

状态代号

闭合断开 断开

闭合闭合 断开

断开闭合 闭合

断开断开 闭合

+Ed0 -Ed

PC N

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第六章：高压变频器 3.输出波形 输出波形增加了一级电平，减小了输出电压的谐波。

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第六章：高压变频器 4.电路特点 1)输出谐波较大，使用时必须在输出端加电抗滤波器。 2)输出电平和我国不匹配，要增加专用电动机和变压器， 使用不方便，推广较困难。

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第六章：高压变频器 6.2.4 高—高型 高—高型变频器的电路结构如图所示。它是直接将电源高 压加到变频器，通过变频器整流、逆变驱动高压电动机。 高压变频器从电路结构上最简单，但要解决开关器件的串 联均压等技术问题。

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第六章：高压变频器 成都佳灵电气制造有限公司根据十几年生产变频器的经验， 攻克了器件串联的技术难关，在1999年研究出了具有自 主知识产权的直接串联IGBT中压变频器，并申请了专利。

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第六章：高压变频器 .电路的优缺点 1)优点 直接串联变频器电路结构简单，省掉了输入输出变压器， 节省了成本和占地面积。由于没有了变压器大量的接头， 减少了接头的发热损耗和故障率，工作效率高(效率可达 98%)。直接串联变频器可以像低压变频器一样加直流 制动电路或能量回馈，其动态性能也可以像低压变频器一 样优越，调速范围宽。是高压变频器的一种良好机型和发 展方向。 2)缺点 输入电路采用直接整流，输入电流谐波大。为了减小对输 入的影响，可在输入端加入滤波器或采用PWM整流(电 路如下图),达到完美无谐波。