图10 IGBT直接串联高压变频器主电路结构
图11 可四象限运行的IGBT直接串联高压变频器主电路结构
其优点是结构简单，二电平逆变器技术成熟；效率高，可达98％；动态性能好，过载能力强；可实现四象限运行；对电机绝缘无影响，电缆长度无限制；体积小、重量轻、成本低。
其缺点是无输入变压器，6脉冲整流网侧谐波大，需采用进线电抗器；二电平逆变du/dt大，且输出谐波大，需采用优化的PWM技术及输出滤波器加以解决。
适用于轧机、起重机械、电力机车牵引、船舶主传动、风机、水泵和压缩机等。
6 三电平电压源型变频器
采用高压HV－IGBT或IGCT的三电平电压源型变频器，功率范围可达9100kVA，电压范围可达6600V，输出频率可达150Hz。
HV-IGBT三电平电压源型变频器主电路结构如图12所示。IGCT三电平电压源型变频器主电路结构如图13所示。三电平电压源型变频器的电压电流波形如图14所示。
图12 HV－IGBT三电平电压源型变频器主电路结构
图13 IGCT三电平电压源型变频器主电路结构
（a） 无输出滤波器
（b） 有输出滤波器
图14 三电平电压源型变频器的电压电流波形
其优点是效率高，输出频率高；动态性能好，过载能力强；转矩脉动小，电机噪声小；网侧配置多样化，可实现12、18或24脉冲整流，以减少网侧谐波；直流进线可配制动电阻；对电机绝缘无影响，输出电缆长度无限制；与基波一致的功率因数；高可靠的无熔断器设计。
其缺点是不可控二级管整流器，单象限运行，要四象限运行需采取额外的措施；如果采用GTO或IGCT器件，需要复杂的缓冲电路；直流环节需扼流围，并需要输出滤波器；GTO或IGCT需要复杂的门极触发电路。
适用于风机水泵、传送带驱动、矿石粉碎机、轧机、挤压机、窑传动等。
7 采用低压LV－IGBT的单元串联多电平电压源型变频器
其功率范围可达3～220MW，电压范围可达10kV。单元串联多电平电压源型变频器主电路结构如图15所示。变频器元器件数量见表1所列。
图15 单元串联多电平电压源型变频器电路结构
表1 变频器元器件数量 只 元器件名称 3.3kV/2MW 6.6kV/2MW 电容器 180 270 IGBT 240 360 二极管 72 108 熔断器 36 54
其优点是极低的输出谐波含量，在无输出滤波器的情况下，可使THD<0.3％，堪称“完善无谐波”变频器；极低的转矩纹波和电机噪声；功率因数可达0.95；对电机绝缘无损害，电缆长度无限制；便于冗余设计。
其缺点是只能单象限运行；不能进行旁路切换；不能实现无熔断器设计；体积大，笨重；元器件非常多，因而可靠性差；电容器多，易发生漏电问题；功率节点多，增加连接难题；多电平结构的变压器必须和变频器集成在一起，使电气室的空间和散热成为问题；考虑空间要求时，大容量装置只能采用水冷方式。
适用于风机水泵。
8 各种类型变频器的比较
各种类型变频器的比较见表2所列。
表2 高压变频传动系统选型表 变频器类型 交—交 负载换流（LCI） 电流源（CSI） 电压源（VSI） 功率器件 晶闸管 晶闸管 GTO HV－IGBT＊ 功率范围/MW 1.5～∝ 2.5～∝ 1.5～10 0～7 最高转速r/min 500 7000 12000 6000 最低转速/额定转速 0 0.1 0.1 0 动态响应能力 ＋＋ O ＋ ＋＋ 电网适应能力 ＋＋ ＋＋ ＋＋ O＊＊ 网侧谐波 － O O ＋ 网侧功率因数 － O O ＋ 转矩纹波 ＋＋ ＋ ＋＋ ＋＋ 效率 ＋＋ ＋＋ O ＋ 注：＊也可以采用GTO或IGCT；＊＊对于GTO和IGCT而言；
＋：好；＋＋：极好；O：不满意；－：差；－－：很差。
9 结语
高压变频技术正处于发展阶段，还没有达到像低压变频器那样成熟。限于功率器件的特性和具体拖动系统的要求，而开发出了各种类型的变频器，它们各有其优缺点，不能一概而论哪一种变频器好与不好。选型时应根据供电电网及拖动对象的特点来定，不必一味追求某种指标。如起重设备、机车牵引、船舶主传动要选用可四象限运行的变频器；对于轧钢机则要选择动态响应能力好和过载能力强的变频器；对于低速运行的设备可选用交—交变频器；而对于高速运行的设备则可选用负载换流加同步电机的方式，或者选用电流源型变频器。单元串联多电平变频器只能用在风机水泵调速节能的场合。
本文关键字：变频器 产品选型，变频技术 - 产品选型
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