中压变频器二电平与多电平的比较

    低压变速传动的最大额定功率受到实际电气元件，如电动机、电缆和变压器额定电流(1500A)的限制，所以对于600V电压等级的传动系统，其容量限定在2MVA。对于这种容量等级，一般采用中压电动机来替代低压电动机可以显著地节约成本，降低损耗。许多变速传动的应用领域均可以从更为经济的中压传动装置受益。

    简单的二电平变频器，或三电平变频器[中性点/钳位(NPC)]总是可以满足中压的最佳选择。

    电力电子器件晶闸管、IGBT、IGCT的串联是可以满足大功率、高压电动机调速的要求。但要解决元件静动态均压，市场上有直接串联IGBT、IGCT高压变频器。为了满足高压，减小元件的耐压，提出了多电平，如图1所示，分类如下：

    图1    中压拓扑

   (a)串联连接二电平；(b)三电平中心钳位；

   (c)多电平；(d)独立串联H桥

   (1)串联连接的二电平(SCIL)。

   (2)三电平中点钳位(3LNPC)。

   (3)多电平，包括二极管钳位多电平(DCML)、电容器钳位多电平(CCML)。

   (4)独立串联H桥(ISHB)。

    不同电平中压变频拓扑的比较见表1

    表1    不同电平中压变频器拓扑的比较

    拓  扑

    优    点

    缺    点

  采用串联器件的

二电平变频器

(SCIL)

  简单可靠的技术

  在供电电压范围中采用相同的变频

器设计

  标准且成熟的PWM控制

  每个逆变器臂的串联功率器件备有

冗余(n+1)

  串联器件之间需动静态均压

  由于串联器件的同步换相引起高的du/dt

  很大开关频率的谐波分量

    三电平NPC

(3LNPC)变频器

  可靠的技术

  谐波含量较低

  更好地利用开关器件

  降低了du/dt（为相应的SCIL的一

半）

  难以实现串联的冗余

  较二电平变频器，PWM控制更为复杂

  需要额外的钳位二极管

  需分离的直流环节

  需对中点电压进行平衡控制

  每个臂所需的功率器件数为偶数

  开关器件需吸收回路

  二极管钳位多电

平(DCML)变频器

  减少谐波含量降低du/dt

  难以实现串联的冗余

  需要非常复杂的PWM控制

  需要许多控向二极管

  采用分离的直流环节

  对于分离的直流环节电容需要电压平衡

控制

  在电力电子器件上的电流应力不均衡

  需要吸收回路

  串联连接的独立

H桥(ISHB)

  变频器电力电子模块可以实现模块

化设计

  基本模块由直流供电桥、去耦电容

和H桥构成

  在交流电源侧，组合的二极管桥整

流器以多脉波桥的模式运行（4电平

为18脉波桥，5电平为24脉波桥），

从而减少注入交流电源的谐波

  尽管开关频率低，但输出电压的谐

波含量很低

  需采用特殊的（庞大且昂贵的）变压器

  实现串联冗余复杂

  用于不同交流供电电压时，需要设计不同

的供电变压器

  当负载功率因数低时，产生大的功率脉动

  电容器的利用率低

  不能采用共同的直流母线难以实现动力

制动

 

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