功率器件串联二电平电流型中压变频器

    将功率器件直接串、并联使用，是满足系统容量要求的一个简单直观的办法，直接串联的变频器拓扑结构如图2-1所示，图2-1中电网高压直接经高压断路器进入变频电源，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再通过逆变器进行逆变，通过输出正弦波滤波器滤波，简单易行的实现高压变频输出，直接供给高压电动机。串、并联在一起的各个功率器件，被当作单个功率器件使用，其控制也是完全相同的。这种结构的优点是可利用较为成熟的低压变频电源的电路拓扑、控制策略和控制方法，不需要输入输出变压器，输出效率比较高；其缺点是串联功率器件需要动态均压和静态均压。因为串联功率器件的开、关时间不一致，最后开通或最先关断的功率器件将承受全部电源电压，这就必然影响到它的可靠运行，所以功率器件串联运行时应有相应的均压措施，可是均压电路使系统复杂化、损耗增加、效率下降。为使串联功率器件同时导通和关断，对驱动、控制电路的要求也大大提高。还需要解决du/dt、抗共模电压技术等问题。

    图2-1    IGBT直接串联高压变频器

    在输入端采用可控器件实现PWM整流，便于实现能量回馈和四象限运行，但同时使网侧谐波增大，需加进线电抗器滤波才能满足电网的要求，这也增加了体积和成本。因为是直接高压变频，电网电压和电动机电压相同，容易实现旁路控制功能，以便在装置出现故障时将电动机投入电网运行。

    图2-2所示为18脉冲整流器的Bulletin1557变频器的主电路拓扑结构图，其电路结构为交-直-交电流源型；采用GTO功率器件串联构成两电平逆变器。其控制方式采用无速度传感器直接矢量控制，电动机转矩可快速变化而不影响磁通，综合了脉宽调制和电流源结构的优点，其运行效果近似直流传动装置。

    采用功率器件串联的二电平逆变方案，结构简单，使用的功率器件少，但器件串联带来均压问题，且二电平输出的du/dt会对电动机的绝缘造成危害，要求提高电动机的绝缘等级；且谐波成分大，需要专门设计输出滤波器，才能供电动机使用，即使如此其总谐波畸变THD也仅能达到4%左右。可采用标准的谐波滤波器及功率因数补偿器，以使其谐波符合IEEE519 - 1992标准的规定。

    图2-2    Bulletin1557变频器主电路结构图

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