目前,高压变频器不像低压变频器一样具有相同的拓扑结构,而是利用现有的功率器件,解决方案不同,主电路拓扑结构也不尽相同,但都较为成功地解决了高电压大容量这一难题。常见的主电路的拓扑结构有以下3种:高一低高结构,高低结构,高高直接高压结构。
1.高 低一一高结构
图2 - 46所示是高…低一高变频器的结构示意图。输入高压经降压变压器变成380V的低电压,然后用普通变频器进行变频,再由升压变压器将电压升到高压。很明显,该类高压变频器利用了现有的低压变频技术来实现高压变频,但使用了降压和升压两台变压器,降低了节能效率,而且变压器需要相应的起停和保护装置,成本有所提高,设备占地面积也会增大,同时设备的增加必然会导致系统的可靠性降低。
2.高 低结构
高低结构高压变频器在有些资料中被称为单元串联多重化电压源型变频器。图2 - 47所示是高低结构高压变频器结构示意图。由多个低压单元串联叠加而达到高压输出,各功率单元由一体化的输入隔离变压器的二次侧分别供电(以低压形式输出)。由若干个低压变频功率单元,以输出电压串联方式(功率单元为三相输入单相输出)来实现高压输出。图2-48所示是高低结构高压变频器的电气违接图。
功率单元单相桥式逆变电路用4种不同的开关模式,可输出0和±1 i种电平。每个单元采用多电平移相PWM控制,即同一项每个单元的调制信号相同,而载波信号互差一个电角度且正反相对,这样每个单元的输出便是同样形状的PWM波,但彼此相差一个角度。每个单元串联功率单元越多,输出越接近正弦波。美国的罗宾康公司和日本的日立公司都生产这种类型的高压变频器。以美国的罗宾康公司的高压变频器为例,此类高压变频器具有如下优点:
(l)不会对电网造成有影响的谐波干扰,例如6kV变频器整流为30脉冲,可基本消除25次及其以下的谐波,而且可使功率因数达到0. 95以上。
(2)输出电流电压波形好,可与标准的鼠笼型电动机匹配,不需要降低额定功率使用,不因du/dt而增加电动机绝缘强度。
(3)采用多重化PWM技术,输出波形好,不会引起电动机的转矩脉动。
正是由于以上原因,此类变频器又称为“完美无谐波”变频器。但其缺点也较突出,主要有以下两点:
1)所用元器件多,因而出现故障的可能性较大。
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